Ген циркадных часов помогает растениям выдерживать экстремальные условия

Исследователи из Дартмута и их коллеги идентифицировали ген циркадных часов, который помогает важной сельскохозяйственной культуре выдерживать экстремальный холод и засоление. Это открытие может помочь в создании более выносливых культур с улучшенной урожайностью. Следующим шагом станет применение этих исследований к кукурузе, рису, пшенице и сое — четырем основным мировым культурам.

Исследование опубликовано в журнале PNAS.

Циркадные часы координируют время многих аспектов роста и жизнедеятельности растений. Ученые определили, что ген GIGANTEA отвечает за естественную вариацию циркадных часов у Brassica rapa (полевая горчица), из которой выведены репа, капуста и другие овощи. В частности, был идентифицирован нуклеотид (отдельная "буква" в ДНК, кодирующей GIGANTEA), ответственный за изменение функции циркадных часов. Исследователи показали, что разные версии гена GIGANTEA влияют на многие аспекты жизнедеятельности растения, включая время цветения, развитие проростков и устойчивость к экологическим стрессам, таким как экстремальный холод и высокое засоление.

Рост производительности сельского хозяйства значительно сократил число людей в мире, страдающих от нехватки пищи, но один миллиард человек все еще недоедает, а вдвое больше — страдает от дефицита питательных веществ. Прогнозируемый рост населения потребует удвоения производства сельхозкультур к 2050 году, однако текущие темпы роста урожайности кукурузы, риса, пшеницы и сои, которые сейчас дают почти две трети мировых сельскохозяйственных калорий, недостаточны для достижения этой цели. Одна из стратегий повышения урожайности — поиск генетических вариаций в регуляторных сетях растений, которые ограничивают урожай, для определения мишеней для молекулярной селекции. Одной из таких мишеней являются циркадные часы, влияющие на развитие растений как в естественных, так и в культивируемых условиях.

"Наши результаты показывают, что разные формы гена GIGANTEA могут влиять на многие аспекты жизнедеятельности растения, поэтому наши выводы позволят селекционерам целенаправленно выбирать конкретную форму гена GIGANTEA для повышения стрессоустойчивости или улучшения характеристик цветения", — говорит старший автор работы Роб МакКланг, профессор биологических наук в Дартмуте. — "Мы предполагаем, что наши результаты можно обобщить на другие культуры: естественная вариация генов часов в целом представляет собой привлекательную цель для селекционеров по созданию культур с повышенной стрессоустойчивостью и улучшенной урожайностью".