Gaminami augalai, į kuriuos galima įjungti sausros tolerancijos režimą. • Julija Kondratenko • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Biotechnologijos, botanika, genetika

Gauta augalų, kuriose galima įjungti sausros tolerancijos režimą

Pav. 1. Arabidopsis thaliana normalus (WT, laukinis tipas) ir modifikuotas, perkeliamas į vandens taupymo režimą (PYR1MANDI), po nedidelės namų sausros. Vaizdas iš straipsnio diskusijojeGamta

Kadangi trūksta vandens, augalai gamina fitohoroną – abscizinę rūgštį (ABA), kuri keičia genų veiklą, įvedant augalą į ekonominį režimą. Tačiau šis hormonas yra brangus gauti ir greitai skilinasi. Mokslininkai sukūrė receptoriaus variantą, kuris vietoj ABA aktyvuoja cheminė medžiaga, kuri jau naudojama žemės ūkyje ir yra nekenksminga žmonėms. Augaluose su tokiu receptoriumi gali būti įjungta sausrų paklaida, jei reikia.

Augalai yra jautrūs vandens trūkumui: jie gamina fitohoroną, vadinamą abscisinės rūgšties (ABA), kuris keičia genų veiklą, išleidžiant augalą į vandens taupymo režimą. Tokiu atveju augalas sumažina stomatų liumenį lapuose, todėl dėl garavimo jis praranda mažiau vandens.

Žemės ūkiui būtų labai patogu kontroliuoti šį procesą, kad vertingi augalai galėtų iš anksto suaktyvinti vandens taupymo režimą, net prieš tai, kai augalas jaučia sausros padarinius.Lengviausias, iš pirmo žvilgsnio, būdas padėti augalams spręsti sausrą yra purkšti jas abscisinės rūgšties tirpalu. Tačiau šios medžiagos sintezė yra brangus, be to, ji greitai suskaidoma.

Kalifornijos universiteto "Riverside" ir Milvokio Viskonsino medicinos kolegijos tyrėjai neseniai sugebėjo rasti dar vieną "raktą", pagal kurį būtų galima pradėti taikyti sausros tolerancijos režimą. Jie nustatė, kad cheminės medžiagos, vadinamos chinabaktino (chinabaktino), molekulė taip pat gali introdukuoti augalus į vandens taupymo režimą (M. Okamoto ir kt., 2013. Dimearinių ABA receptorių aktyvavimas). . Tačiau šis junginys dar turi atlikti daugybę saugumo bandymų.

Tada mokslininkai nusprendė pereiti prie trečiojo būdo gauti augalų vandens režimo kontrolę – atlikti žemės ūkyje jau naudojamų junginių, kurių sauga yra įrodyta, tuo pačiu metu pradėti augalų taupymo būdą (S. Park ir kt., 2015 m.). Agrocheminė kontrolė augalų vandens naudojimas naudojant inžinierinius abscisinių rūgščių receptorius). Šias idėjas galima įgyvendinti šiuolaikine bioinžinerija. Jie nusprendė pakeisti abscizinių rūgščių receptorių baltymą taip, kad jis prisijungtų ne prie ABA, o su chemine medžiaga, jau naudojama žemės ūkyje.Norėdami tai padaryti, jie gavo modifikuotų receptorių rinkinį su visomis įmanomomis aminorūgščių pakaitalais baltymo, kuris susieja abscizinės rūgšties molekulę, srityje. Kai kurie iš šių mutavusių baltymų gerai jungiasi prie cheminių molekulių. Mokslininkai taip pat patvirtino, kad modifikuoti receptoriai, prijungę cheminę molekulę, gali sukelti pirmąją kaskados reakciją, kuri padaro augalą vandens taupymo režimu. Gamtoje receptorius, jungdamas rūgšties molekulę, tampa "išjungtas" baltymas, kuris neleidžia reakcijos kaskadai pradėti. Kai kurie modifikuoti receptoriai taip pat gavo šį gebėjimą, kai susiejo tam tikrų cheminių medžiagų molekules.

Pasirinkti receptoriaus variantai buvo šiek tiek pakeisti, todėl buvo baltymų variantas, kuris, veiksmingai veikiant, sukėlė vandens taupymo režimą, reaguodamas į mandipropamido molekulės susirišimą. Mandipropamidas – medžiaga, aktyviai naudojama žemės ūkyje kovojant su grybelinių augalų ligomis. Mokslininkai gavo receptorių, kurie, naudojant mandipropamidą, gali sukelti pirmąją pakopą reakcijų, kurios "įjungia" vandens taupymo režimą.(Taip pat buvo palikta "laukinių" receptorių versija augaluose, tačiau be to jie įterpė modifikuoto receptoriaus geną, kuris reaguoja į mandipropamidą, kad augalai galėtų patys reaguoti į sausrą.) Dabar turėjome įsitikinti, kad visa tai veiks realiai sąlygos.

Mokslininkai įvedė genus mandipropamidu modifikuotų augalų receptorių genetams Arabidopsis thaliana – klasikinis genetinių eksperimentų objektas. Paaiškėjo, kad tokioje modifikuotoje augalijoje, veikiant mandipropamidui, paleidžiamas tas pats genų rinkinys kaip "laukinių" augalų, apdorotų abscisine rūgštimi. Buvo būtina patikrinti, ar stomatai uždaryti modifikuotose augaluose, veikiant mandipropamidui.

Dirvožemio pokyčiai augaluose aptikti įdomiai netiesiogiai – pagal lapų temperatūrą. Vandens išgaravimas per stomatą sumažina lapų temperatūrą, o jei stomatas yra padengtas, vandens išgarinimas mažėja ir lapų temperatūra didėja. Mokslininkai buvo įsitikinę, kad gaunamų modifikuotų augalų lapų temperatūra padidėja perdirbant mandipropamidą (2 pav.). Taigi, mandipropamidas sumažino lapelio stomos klirensą – tai privertė augalus sutaupyti vandens.

Pav. 2 Lapų temperatūros pokyčiai, taigi ir vandens išgarinimas augaluose Arabidopsis thaliana (a), o taip pat pomidoruose (b) WT (laukinis tipas) – "laukiniai augalai"; Pyr1MANDI – augalai su receptoriumi, sukeliantys vandens taupymo režimą, aktyvuotas mandipropamidas; + Mandi – augalai, apdoroti cheminiu tirpalu; Mock – neapdorotas. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje Gamta

Buvo būtina patikrinti, ar tokie augalai labiau toleruoja sausrą. Dėl šios priežasties laukiniai augalai, taip pat augalai su modifikuotu receptorių variantu, kuris reaguoja į mandipropamidą, nebuvo laistomi 10-12 dienų. Tačiau prieš pradedant tokį tyrimą, taip pat trečią dieną, jie buvo gydomi mandipropamido tirpalu. Po tokios improvizuotos sausros augalai, galintys patekti į vandens taupymo režimą veikiant mandipropamidui, atrodė kur kas geriau nei kiti (1 pav.). Taigi mokslininkai pasiekė savo tikslą. Jie sugebėjo nustatyti augalo vandens režimo kontrolę, naudojant medžiagą, kuri jau aktyviai naudojama žemės ūkyje.

Be to Arabidopsis thalianaMokslininkai taip pat gavo "valdomus" pomidorų augalus, kurie gali būti atsparūs vandens trūkumui, kaip augalo, kuris yra naudingas augalui, pavyzdys.Šiame darbe mokslininkai ne tik sugebėjo "įveikti" natūralią augalų apsaugos nuo streso sistemą, bet ir valdyti molekulę, kuri jau naudojama žemės ūkyje. Apskritai, asmens gebėjimas vykdyti savo planus ir toliau plėstis.

Šaltiniai:
1) Masanori Okamoto, Francis C. Peterson, Andrew Defries, Sang-Youl parkas, Akira Endo, Eiji Nambara, Brian F. Volkman ir Sean R. Cutler. ABA receptoriai sukelia apsauginę ląstelę, ABA reguliuojamą genų ekspresiją ir sausrų toleranciją Jungtinių Amerikos Valstijų procesas. 2013. V. 110. P. 12132-12137.
2) Sang-Youl parkas, Francis C. Petersonas, Assaf Mosquna, Jin Yao, Brian F. Volkman ir Seanas R. Cutleris. Augalų vandens naudojimo agrocheminė kontrolė naudojant inžinierinius abscisinės rūgšties receptorius // Gamta. Paskelbta internete 2015 m. Vasario 4 d. Doi: 10.1038 / nature14123.

Julija Кондратенко


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: