EVERYTHING
Насіння, як пшениця, рис чи кукурудза, є основою світового продовольчого забезпечення і забезпечує більшу частину щоденних калорій населення планети. Проте, незважаючи на їхню критичну важливість, науковці досі не мають повного розуміння багатьох основних біологічних процесів, які дозволяють цим культурам рости, транспортувати поживні речовини та формувати властивості, що визначають їхню стійкість. З огляду на те, що сільське господарство під загрозою через коливання кліматичних умов і інші стресори, існує гостра потреба в розробці більш стійких культур, здатних витримувати спеку, посуху та зміни ґрунтових умов.
Картування біологічного розвитку насіння
Дослідники лабораторії Mary Gehring у Whitehead Institute, афілійованому з Massachusetts Institute of Technology (MIT), створили детальний «генний атлас» розвитку насіння Arabidopsis thaliana. Ця невелика квіткова рослина родини гірчиці широко використовується для вивчення біології рослин і тісно пов'язана з основними культурами, такими як соняшник (canola). Атлас демонструє, які гени активуються чи деактивуються у різних типах клітин під час розвитку насіння. Активні гени створюють мРНК, яка керує виробництвом білків, необхідних для клітинних процесів. Відстежуючи активацію генів, дослідники краще розуміють роль кожного типу клітини на різних етапах формування зерна.
Нові відкриття щодо структури та харчування
На відміну від попередніх атласів Arabidopsis, які через технологічні обмеження не розрізняли багато типів клітин, новий атлас забезпечує більш повний і високороздільний огляд насіння, що розвивається. Дослідники фіксували розвиток насіння у трьох точно визначених станах після запліднення, коли швидко ростуть та реорганізуються ембріон рослини, поживна тканина, що його живить (ендосперм), та навколишні тканини материнської рослини. Завдяки цьому набору даних вони змогли визначити місця активації генів, які регулюють ріст і накопичення поживних речовин у насінні.
Роль гормонів у формуванні розміру зерна
Дослідники виявили невелику групу клітин біля ембріона рослини, які активують гени, пов'язані з виробництвом брасиностероїдів — рослинних гормонів, що регулюють ріст. Раніше було відомо, що порушення виробництва цього гормону може зменшити розмір насіння, але не було зрозуміло, де саме в зерні, що розвивається, цей гормон синтезується. Нові дані показують, що клітини, які продукують гормони, розташовані безпосередньо поруч із клітинами ендосперму, які можуть реагувати на ці гормони. Така близька взаємодія свідчить про те, що ці два типи клітин можуть працювати разом для тонкого регулювання розміру зерна.
Перспективи в агробіотехнологіях
Атлас також показав, що ендосперм — тканина, яка живить ембріон під час розвитку і пізніше стає їстівною частиною багатьох основних культур, містить значно більше спеціалізованих типів клітин, ніж вважалося раніше. Це відкриття дає науковцям новий фундамент для розробки методів генетичного вдосконалення сільськогосподарських культур. Здатність точно відстежувати біологічні процеси на молекулярному рівні дозволить створити більш стійкі та поживні сорти, що є критично важливим завданням у контексті глобальної продовольчої безпеки.
