Многоцентровая команда, возглавляемая нынешними и бывшими исследователями из Института Солка, сообщает новые подробности о том, как растения реагируют на гормон, называемый жасмоновой кислотой или жасмонатом. Результаты, опубликованные в журнале Nature Plants 13 марта 2020 года, раскрывают сложную коммуникационную сеть.
Эти знания могут помочь исследователям, таким как участники инициативы Salk’s Harnessing Plants Initiative, вывести культуры, которые будут более выносливыми и более способными противостоять нападениям, особенно в эпоху быстрого изменения климата.
«Это исследование дает нам действительно подробную картину того, как этот гормон, жасмоновая кислота, действует на разных уровнях», – говорит профессор Джозеф Эккер, соавтор-корреспондент и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. "Это позволяет нам понять, как обрабатывается экологическая информация и информация о развитии, и как она обеспечивает надлежащий рост и развитие."
В исследовании использовалось растение Arabidopsis thaliana, небольшое цветущее растение из семейства горчичных. Поскольку его геном хорошо изучен, это растение является популярной модельной системой.
Ученые могут взять то, что они узнают, в A. thaliana и применять его к другим растениям, в том числе выращиваемым в пищу. Жасмоновая кислота содержится не только в A. thaliana, но во всем царстве растений.
«Жасмоновая кислота особенно важна для защитной реакции растений против грибков и насекомых», – говорит соавтор статьи Марк Зандер, штатный научный сотрудник лаборатории Эккера. «Мы хотели точно понять, что происходит после того, как жасмоновая кислота воспринимается растением. Какие гены активируются и деактивируются, какие белки производятся и какие факторы контролируют эти хорошо организованные клеточные процессы?"
Исследователи начали с семян растений, выращенных в чашках Петри. Они держали семена в темноте в течение трех дней, чтобы имитировать первые несколько дней жизни семени, когда оно еще находится под землей. «Мы знаем, что эта стадия роста очень важна», – говорит соавтор и соавтор-корреспондент Мэтью Льюси, доцент Университета Ла Троб в Мельбурне, Австралия, ранее работавший в лаборатории Эккера.
Первые несколько дней в почве – непростое время для сеянцев, поскольку они сталкиваются с атаками насекомых и грибков. «Если ваши семена не прорастут и не прорастут из почвы, урожай у вас не будет», – добавляет Льюси.
Через три дня растения подвергали воздействию жасмоновой кислоты.
Затем исследователи извлекли ДНК и белки из растительных клеток и использовали специфические антитела против представляющих интерес белков, чтобы определить точное геномное расположение этих регуляторов. Затем, используя различные вычислительные подходы, команда смогла идентифицировать гены, которые важны для реакции растения на жасмоновую кислоту и, более того, для клеточной кросс-коммуникации с другими путями гормонов растений.
Два гена, которые достигли вершины по степени важности для всей системы, – это MYC2 и MYC3. Эти гены кодируют белки, которые являются факторами транскрипции, что означает, что они регулируют активность многих других генов – или тысяч других генов в данном случае.
«В прошлом гены MYC и другие факторы транскрипции изучались очень линейно», – объясняет Льюси. "Ученые изучают, как один ген связан со следующим геном, а следующий и так далее.
Этот метод по своей сути медленный, потому что в нем много генов и много связей. Мы здесь создали структуру, с помощью которой мы можем анализировать сразу несколько генов."
«Расшифровка всех этих генных сетей и подсетей помогает нам понять архитектуру всей системы», – говорит Зандер. "Теперь у нас есть очень полная картина того, какие гены включаются и выключаются во время защитной реакции растения. Благодаря возможности редактирования генов CRISPR такие детали могут быть полезны для селекции сельскохозяйственных культур, способных лучше противостоять атакам вредителей."
Еще одним примечательным аспектом этой работы является то, что все данные исследования были доступны на веб-сайте Солка. Исследователи могут использовать сайт для поиска дополнительной информации об изучаемых ими генах и поиска способов их нацеливания.