Идентификация силиконового транспортера для повышения урожайности риса

Кремний (Si) в изобилии присутствует в наземных средах и составляет от 0,1% до 10% сухого веса растения. Высокое накопление Si у некоторых видов растений является защитным механизмом от абиотических (засуха, холод, жара) и биотических стрессоров.

Oryza sativa (рис) может накапливать Si до 10% сухого веса побегов (стебель, листья, цветы), и Si жизненно важен для стабильного производства зерна. Считается, что высокая степень отложения Si смягчает ущерб от вредителей, патогенов и дисбаланса питательных веществ. Хотя поглощение Si корнями риса регулируется двумя типами транспортеров, механизм клеточно-специфичного отложения Si в листьях оставался неизвестным.

Исследователи из Университета Окаямы (Япония) обнаружили, что Силан Эффлюкс Транспортер 4 (SIET4) способствует локализации Si в листьях риса. Их функциональный анализ эффектов мутантов с делецией SIET4 опубликован в Nature Communications.

Исследовательскую группу возглавил профессор Цзянь Фэн Ма. Команда использовала ряд экспериментов, включая создание нокаутных мутантов (с уничтожением целевого гена), функциональную характеристику SIET4 и сравнение транскрипционных профилей дикого типа (WT) и мутантов SIET4.

Ключевые результаты:

• SIET4 кодирует транспортер Si и конститутивно экспрессируется в листьях риса WT.
• Транспортер локализован на дистальной стороне эпидермальных клеток и клеток буллиформа (помогают свертыванию листьев для избежания потери воды) листовой пластинки.
• Растения, лишенные SIET4, демонстрировали подавленный рост и в конечном итоге погибали при выращивании в присутствии Si в питательном растворе и почве.
• У мутантов SIET4 наблюдались уменьшенные корни и побеги, аномальное отложение Si в клетках мезофилла листа и индукция многих генов ответа на стресс.
• Неправильное накопление Si в непредназначенных для этого тканях было сходно с реакцией растения на стресс окружающей среды.

Данные указывают, что SIET4 жизненно важен для правильного экспорта Si из клеток листа на его поверхность и для здорового роста растения.

Это меняет парадигму, поскольку долгое время считалось, что Si — единственный элемент, встречающийся в почве в таком изобилии, который не вредит растению. В случае риса эти открытия показывают, что выживание обеспечивают сложные процессы, такие как целевое накопление Si в листе.

Профессор Ма отмечает: «Эта работа может расширить наше понимание того, как растения накапливают высокий уровень Si. Мы надеемся найти гены, подобные SIET4, у других видов растений, чтобы повысить продуктивность многих других важных сельскохозяйственных культур».