В следующий раз, когда вы возьмете пакет с гербицидом из The Home Depot, подумайте об этом: химическая компания, вероятно, потратила годы на испытания и миллионы долларов, чтобы разработать эффективный гербицид, который вреден для сорняков, но безопасен для вас. ваши дети и ваши домашние животные. Теперь новое исследование роста корней крошечного сорняка под названием Arabidopsis thaliana предполагает, что генетика может помочь ученым сэкономить драгоценное время и деньги при разработке лучших гербицидов на будущее..
Ученые из Института биомедицинских исследований Уайтхеда сообщают, что они клонировали и охарактеризовали растительный ген под названием EIR1 (нечувствительный к этилену корень 1), который играет решающую роль в способности корней расти к земле в ответ на гравитацию. Корни мутантных сорняков, лишенных EIR1, теряют способность реагировать на гравитацию и не могут прорастать вниз в почву. О своих выводах сообщается в выпуске журнала Genes andDevelopment от 15 июля первым автором, доктором Кристианом Люшнигом и его коллегами, госпожой Паулой Гризафи, доктором Роберто Гаксиолой и доктором Джеральдом Р. Финком, директором Института Уайтхеда.
«Эти открытия проливают свет на старые загадки роста корней, а также могут иметь огромное значение для сельскохозяйственной и фармацевтической промышленности», - говорит доктор Финк. «В настоящее время большинство гербицидов разрабатываются методом проб и ошибок. Соединения сначала тестируются на их способность убивать сорняки, а затем тестируются - часто в течение многих лет - для обеспечения их безопасности на животных. соединения, которые действуют против генов, присутствующих только в растениях, но не в животных. Наши результаты показывают, что можно разработать новые классы соединений, нацеленных на специфические для растений гены, такие как EIR1, таким образом, чтобы они автоматически были вредными для растений, но безопасными для человека."
Выводы лаборатории Fink имеют дополнительные последствия для сельскохозяйственной отрасли. Генетический состав арабидопсиса аналогичен составу пищевых культур, таких как рис и кукуруза, поэтому понимание генетических путей, регулирующих рост этого сорняка, приведет к новым подходам к генетическому улучшению важных для сельского хозяйства сельскохозяйственных культур. Например, поскольку развитие корней является одним из важных способов получения растениями питательных веществ, понимание генетики роста корней может привести к новым стратегиям увеличения производства продуктов питания, особенно в засушливом климате. (Ученые используют арабидопсис в качестве модели для изучения генетики растений из-за его небольшого размера, короткого времени генерации и обильного производства семян.)
Рост растений и тропизмы
В дополнение к последствиям для сельскохозяйственной отрасли, результаты Finklab предоставляют важную информацию о физиологии растений и, в частности, о явлении, называемом тропизмом - ответной реакции растений на внешние раздражители, такие как свет, температура, вода и т.д. сила тяжести.
Со времен Дарвина ученые пытались понять, как растения способны направлять корни, чтобы всегда расти вниз в поисках земли, и побеги, чтобы расти вверх в поисках солнца. Директива растения настолько велика, что если корень переориентировать так, чтобы он лежал горизонтально по отношению к поверхности земли, или, другими словами, повернуться на 90 градусов по отношению к силе тяжести, он отвечает изменением направления своего роста, снова изгибаясь вниз, пока не найдет свой путь. в землю.
Ученым известно, что во время роста корней за гравитропизм отвечает перераспределение гормона растения, называемого индолуксусной кислотой (ИУК), в кончике корня. Когда кончик корня срезан, растение больше не может расти вниз. При горизонтальной ориентации корней ИУК накапливается вдоль нижней стороны зоны удлинения. Клетки в верхней части корня удлиняются, вызывая изгиб корня вниз.
Исследователи предположили, что переносу ИУК способствует ген, который действует как насос для перераспределения гормона вверх и вниз по клеткам корня по мере необходимости. Ген EIR1, выделенный лабораторией Fink, может представлять собой этот насос. Доводы в пользу EIR1 кажутся вескими.
«Когда мы изучали ген EIR1, мы обнаружили, что он очень похож на гены бактерий, которые выкачивают токсины из бактериальных клеток», - говорит доктор Люшниг. И когда ученые ввели ген EIR1 в клетки дрожжей, дрожжевые клетки стали устойчивыми к фторированным индольным соединениям, что позволяет предположить, что ген EIR1 помогает дрожжевым клеткам выкачивать токсины. Это говорит о том, что EIR1 функционирует как откачивающий насос в корнях, а поскольку EIR1 экспрессируется только в корнях, а не в других частях растения, можно предположить, что этот ген отвечает за реакцию корня на гравитацию.
Исследование было частично поддержано стипендией Schroedinger Fellowship от FWF, Австрия, и латиноамериканской программой PEW, ЕС, а также грантом Национального научного фонда.
Название статьи «Гены и развитие»: «EIR1, корневой специфический белок, участвующий в транспорте ауксина, необходим для гравитропизма у Arabidopsisthaliana». Авторы:
- Доктор. Кристиан Люшниг, научный сотрудник Института биомедицинских исследований Уайтхеда
- Доктор. Роберто А. Гаксиола, научный сотрудник Института биомедицинских исследований Уайтхеда
- Мисс. Паула Грисафи, технический специалист, Институт биомедицинских исследований Уайтхеда
-
Доктор. Джеральд Р. Финк, директор Института Уайтхеда, профессор биологии и профессор генетики Американского онкологического общества.