Китайские ученые выяснили, какие гены определяют устойчивость сорго (род травянистых растений семейства Злаки) к паразитическому растению Striga, вызывающему значительные потери урожая. Открытие не только может широко применяться в целях борьбы с растениями-паразитами сельскохозяйственных культур, но и открывает перед нами потенциал использования искусственного интеллекта в качестве особого метода поддержания продовольственной безопасности. Исследование опубликовано в журнале Cell.
Striga, также известная как «ведьмина трава» — род паразитических растений семейства Orobanchaceae. Имея обширный спектр важных для сельского хозяйства растений-хозяев, Striga наносит ощутимый вред урожайности и благосостоянию растительных экосистем. Только в Африке Striga поражает более 50 миллионов гектаров сельскохозяйственных угодий, вызывая ежегодные экономические потери в размере 1,5 миллиарда долларов. «Ведьмину траву» можно встретить в некоторых регионах Китая, как и родственную ей Orobanche, угрожающую таким культурам, как подсолнечник и томаты.
Одним из растений, подверженных заражению Striga, является сорго, корни которого выделяют строголактоны (SL) — растительные гормоны, которые привлекают микоризные грибы, помогающие растению поглощать питательные вещества. Семена Striga, находящиеся в почве в состоянии покоя, способны обнаруживать эти сигналы SL. В результате паразит прорастает и заражает растения-хозяина.
Чтобы выяснить механизмы, которые лежат в основе заражения сорго паразитическими растениями рода Striga, ученые провели транскриптомный анализ корней сорго при обработке строголактонами и в условиях дефицита фосфатов. Исследователи выявили два гена, продуктами экспрессии которых являются белки-транспортеры SL, получившие названия SbSLT1 и SbSLT2. Эти белки формируют особого рода поры, через которые молекулы гормона строголактона попадают из корней растения в почвенную среду. Помимо этого, с помощью искусственного интеллекта ученые предсказали структуры белков и идентифицировали ключевые аминокислоты, необходимые для транспорта строголактонов.
Чтобы убедиться в том, что найденные гены действительно ответственны за транспорт SL в корнях сорго, исследователи создали линии с нокаутом (отключением) генов SbSLT1 и SbSLT2. В результате ученые наблюдали значительное снижение выделения строголактонов из корней растений этой линии. Полевые испытания в регионах, в которых распространены случаи заражения Striga, показали, что модифицированные растения на 67–94% реже заражаются, а потери урожая снижаются на 49–52%. Кроме того, было обнаружено, что ключевые аминокислоты, необходимые для транспорта SL, одинаковы у разных видов растений, включая кукурузу, рис и томаты, что указывает на возможность применения метода отключения генов-транспортеров к растениям других культур.
Эти результаты открывают новые возможности в создании устойчивых к Striga линий сельскохозяйственных растений, что может значительно снизить потери урожая и повысить продовольственную безопасность — в первую очередь, в таких регионах, как Африка и Азия, которые особенно сильно страдают от паразитических растений.
Автор: Богдан Скиба.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
