Ученые из Центра устойчивого ресурсоведения RIKEN в Японии обнаружили, что белок NGA1 имеет решающее значение для нормальной реакции растений на обезвоживание. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences USA, показывает, как NGA1 контролирует транскрипцию ключевого гена, который в конечном итоге позволяет растениям выживать после периодов засухи.
Представьте, что произойдет, если вы забудете полить растения на неделю или две. Чаще всего они все еще будут в порядке после того, как вы снова дадите им воду. Это кажется достаточно простым, но на самом деле это сложный биологический процесс, который зависит от растительного гормона, называемого АБК. Для успешной регидратации АБК должна накапливаться на ранних стадиях обезвоживания, а затем, среди прочего, действовать для предотвращения потери воды, закрывая поры в листьях растения.
Хотя ученые много знают об АБК и о том, что она делает, они мало знают о том, как АБК начинает накапливаться в ответ на стресс от обезвоживания. Ведущий ученый Хикару Сато и его команда просмотрели библиотеку из 1670 линий трансгенных растений и провели серию экспериментов для решения этой проблемы.
Метод отбора, который использовала команда, был несколько уникальным. Как объясняет Сато, «мы использовали библиотеку линий растений, созданную с помощью технологии химерного подавления репрессоров. Этот специальный метод используется для идентификации новых факторов транскрипции в генетике растений».
В поисках растений с характеристиками, сходными с мутантами с дефицитом АБК, они обнаружили линию растений, в которой сверхэкспрессия NGA с химерным доменом-репрессором приводила к снижению уровня фермента NCED3 во время дегидратационного стресса. Это было очень многообещающе, потому что растениям нужен NCED3 для производства АБК, и затем они выдвинули гипотезу, что NGA является фактором транскрипции, который может контролировать выработку NCED3 и, в конечном счете, биосинтез АБК..
Оказывается, существует целое семейство белков NGA, и команда показала, что все они связываются с областью гена NCED3, которая запускает его транскрипцию. Но история не так проста. Группа создала трансгенные растения для каждого члена семейства NGA и обнаружила, что белки NGA естественным образом встречаются в разных частях растений и демонстрируют разные модели экспрессии во время дегидратационного стресса. Некоторые из них были выражены в корнях, в то время как другие были выражены в листьях. Время экспрессии NGA также варьировало среди разных линий. Это означало, что маловероятно, чтобы все они функционировали одинаково в ответ на стресс, вызванный засухой.
Чтобы определить, какие белки NGA важны для естественного синтеза АБК, они создали нокаутные мутанты для каждого из них. Все растения росли нормально при наличии воды. После воздержания от воды до увядания растений мутанты NGA1 оставались высушенными и не могли быть восстановлены регидратацией. Всех остальных мутантов можно регидратировать.
Улучшение засухоустойчивости является главным приоритетом для ученых-растителей. «Несколько исследований показали, что повышение уровня АБК может улучшить засухоустойчивость растений», - отмечает Сато. «Наш вывод о том, что NGA1 необходим для биосинтеза АБК, вероятно, будет полезен для разработки новых способов повышения устойчивости к засухе».
Конечно, все эксперименты вызывают больше вопросов. Следующим шагом для Сато и его команды будет выяснить, как стресс, вызванный засухой, приводит к повышению уровня NGA1.