Как обмануть растения, чтобы они росли в тени, как на свету

Источник: Physorg

Можно ли вырастить обильный урожай кукурузы на крошечном приусадебном участке? Или заставить розы цвести в декабре? Благодаря исследованиям, которые в течение многих лет ведет ученый Университета Висконсин-Мэдисон (США) Ричард Виестра, скоро это станет возможным. Г-н Виестра и его команда опубликовали данные о трехмерной структуре растительного фитохрома. Эта молекула имеет важнейшее значение, она сообщает растению о том, когда надо прорастать, когда цвести и когда образовывать плод. Фитохром является своеобразным «глазом» растений — молекула-рецептор преобразует данные о поступающем солнечном свете в химические сигналы. Манипулируя фитохромом, можно изменять правила, по которым растения растут и развиваются.

Ранее команда г-на Виестры уже определила структуру аналога фитохрома в светочувствительных бактериях и запатентовала технологии, основанные на этой информации. Определение трехмерной структуры растительного фитохрома — новый успех ученых в этой области. Как отмечает г-н Виестра, одним из самых больших прорывов для сельского хозяйства была бы возможность выращивания растений при более высокой плотности. Это позволило бы производителям получать больший урожай при экономии посевных земель и других ресурсов. В настоящее время, если растения расположены слишком тесно, их листья затеняют друг друга. В итоге растения вытягиваются в высоту, чтобы получить больше света, а образование плодов и семян откладывается.

Данный процесс начинается с молекулы фитохрома, которая воспринимает и анализирует волны света, падающего на листья. Растения, растущие на солнце, получают большое количество света красного спектра, а растения в тени вынуждены довольствоваться только светом дальнего красного спектра. Тип света, который «видит» фитохром, диктует растению, что ему делать — цвести и образовывать плоды, или тянуться вверх. На основании анализа света фитохром переходит из неактивного состояния в активное или обратно. По словам г-на Виестры, это переключение является одним из самых важных на земле, потому что оно влияет на фотосинтез и от него зависит не только наша пища, но и кислород, которым дышим.

Ученые выяснили, что конкретные изменения в молекуле фитохрома позволяют «обмануть» датчик и задержать его в активном состоянии. В итоге растения с мутантным фитохромом ведут себя так, как будто они хорошо освещены, даже если они находятся в тени. Исследователи уверены, что результаты их работы будут важны не только для сельского хозяйства, но и для других отраслей. Эта же технология может использоваться для создания новых флуоресцентных молекул, позволяющих отслеживать различные события внутри клеток, а также в области оптогенетики, где свет используется как инструмент проведения биологических изменений.