Решение мировых проблем в области продовольствия, кормов и биоэнергетики требует интеграции множества подходов и разнообразных навыков. Андреа Эвеланд, доктор философии, помощник члена Центра науки о растениях Дональда Данфорта, и ее команда определили генетический механизм, который контролирует признаки развития, связанные с производством зерна в злаках. Работа проводилась в Setaria viridis, новой модельной системе трав, которая тесно связана с экономически важными зерновыми культурами и биоэнергетическим сырьем, таким как кукуруза, сорго, просо просо и сахарный тростник..
Результаты исследования лаборатории Eveland «Брассиностероиды модулируют судьбу меристемы и дифференциацию уникальной морфологии соцветий у Setaria viridis» были недавно опубликованы в журнале The Plant Cell. В своем исследовании Yang et al. нанесли на карту генетический локус в геноме S. viridis, который контролирует рост стерильных ветвей, называемых щетинками, которые образуются на зернистых соцветиях некоторых видов трав. Их исследование показало, что эти стерильные щетинки изначально запрограммированы как колоски; специфичные для травы структуры, производящие цветы и зерно. Работа Эвеланда показала, что превращение колоска в щетинку определяется на ранней стадии развития соцветия и регулируется классом растительных гормонов, называемых брассиностероидами (БР), которые модулируют ряд физиологических процессов роста, развития и иммунитета растений. В дополнение к преобразованию стерильной структуры в семенную, исследование также показало, что локальное нарушение синтеза BR может привести к образованию двух цветков на колосок, а не одного, который обычно формируется. Таким образом, эти BR-зависимые фенотипы представляют собой два потенциальных направления для увеличения производства зерна проса, включая натуральные культуры во многих развивающихся странах, которые остаются в значительной степени неиспользованными для генетического улучшения..
"Эта работа является отличной демонстрацией того, как можно использовать Setaria viridis для получения фундаментальных сведений о механизмах, управляющих производством семян у злаков - нашей наиболее важной группы растений, в которую входят кукуруза, сорго, рис, пшеница и ячменя», - сказал Томас Брутнелл, доктор философии, директор Института предпринимательства по возобновляемым видам топлива, Данфорт-центр. «Стоит также отметить, что этот проект был задуман и работа началась после того, как доктор Эвелэнд присоединилась к Данфорт-центру - впечатляющий подвиг для младшего преподавателя, который говорит как о преимуществах работы над модельной системой, так и о прекрасной команде, которую она собрала. в Данфорт-центре."
В Центре Данфорта исследования Ивленда сосредоточены на механизмах развития, которые контролируют особенности строения растений зерновых культур. В частности, она исследует, как органы растений формируются из стволовых клеток и как вариации лежащих в их основе сетей регуляции генов могут точно модулировать форму растений. Ее команда объединяет как вычислительные, так и экспериментальные подходы для изучения того, как возмущения в этих генных сетях могут изменить морфологию как внутри вида, так и среди злаков, с конечной целью определения целей для повышения урожайности зерновых культур.
«Инструменты генетики и геномики, которые появляются для Setaria, позволяют более быстро анализировать молекулярные пути, такие как этот, и позволяют нам манипулировать ими напрямую в системе, которая тесно связана с пищевыми культурами, которые мы стремимся улучшить. - сказал Эвелэнд. «Это означает, что мы намного ближе к разработке и внедрению оптимальных архитектур для зерновых культур. Перспектива использования этих результатов для улучшения родственных трав, которые также являются бесхозными видами сельскохозяйственных культур, таких как просо жемчужное и лисохвост, особенно интересна».