Исследование разнообразия клеточных "привратников" может стать ключом к созданию лучших сельскохозяйственных культур

Учёные пролили новый свет на работу сети "привратников", контролирующих движение веществ в растительные клетки и из них. Исследователи полагают, что понимание этого механизма — ключ к созданию продовольственных культур с большей урожайностью и устойчивостью к экстремальным условиям.

Всё необходимое для роста растения сначала должно пройти через клеточные мембраны, которые охраняются ситом микроскопических пор — аквапоринов.

"Аквапорины (AQPs) — это древние канальные белки, которые встречаются у большинства организмов, от бактерий до человека. У растений они жизненно важны для множества процессов, включая транспорт воды, рост и развитие, реакции на стресс, поглощение питательных веществ корнями и фотосинтез", — говорит бывшая аспирантка Аннамария Де Роза из Центра передового опыта ARC по трансляционной фотосинтетике (CoETP) в Австралийском национальном университете (ANU).

Их исследование, опубликованное на этой неделе в журнале BMC Plant Biology, идентифицировало все различные типы аквапоринов, обнаруженные в табаке (Nicotiana tabacum) — модельном виде растений, тесно связанном с основными экономически важными культурами, такими как томат, картофель, баклажан и перец.

"Мы описали 76 типов этих микроскопических каналов в форме песочных часов на основе их генной структуры, белкового состава, расположения в растительной клетке и в разных органах растения, а также их эволюционного происхождения. Эти результаты чрезвычайно важны, так как помогут нам перевести фундаментальные исследования в прикладное сельское хозяйство", — отмечает Де Роза.

"Центр (CoETP) очень заинтересован в понимании аквапоринов, потому что мы считаем, что они являются ключевым игроком в преобразовании энергии посредством фотосинтеза, а также контролируют, как растение использует воду. Именно поэтому мы думаем, что можем использовать аквапорины для повышения продуктивности растений и устойчивости сельскохозяйственных культур к изменениям окружающей среды", — говорит ведущий исследователь доктор Майкл Гросманн.

Аквапорины находятся повсюду в растении — от корней до цветов — транспортируя в каждом месте очень разные молекулы с поразительной скоростью 100 миллионов молекул в секунду. Конфигурация канала аквапорина определяет субстрат, который он транспортирует, и, следовательно, его функцию: от транспорта воды и питательных веществ от корней к побегам до передачи сигналов стресса или развития семян.

"Мы сосредоточились на табаке, потому что это быстрорастущий модельный вид, который позволяет нам масштабировать исследования от лаборатории до поля, оценивая производительность в реальных условиях. Табак тесно связан с несколькими важными коммерческими культурами, что означает, что мы можем легко перенести полученные знания на такие виды, как томат и картофель", — объясняет доктор Гросманн.

"Это исследование чрезвычайно интересно, потому что разнообразие аквапоринов с точки зрения их функции и транспортируемых субстратов означает, что они имеют множество потенциальных применений для улучшения сельскохозяйственных культур: от повышения солеустойчивости и более эффективного использования удобрений до улучшенной засухоустойчивости и даже более эффективного ответа на инфекцию. В настоящее время они используются в системах фильтрации воды, и наши результаты могут помочь расширить эти применения. Будущее аквапоринов полно возможностей", — заключает доктор Гросманн.