Биологи определили ген, который не дает листьям риса скручиваться, и показали, как его отключение меняет форму листа. Открытие может ускорить создание засухоустойчивых сортов, так как умеренно скрученные листья помогают растению лучше переносить нехватку влаги и сохранять вертикальное положение.
В ходе исследования, опубликованного в BMC Plant Biology, учёные с помощью технологии CRISPR/Cas9 отредактировали геном риса сорта «Ниппонбаре». Они выключили ген, названный leaf inclination 2 (LC2). У растений с неактивным геном LC2 листья начали заметно скручиваться наружу. Причиной стали изменения на клеточном уровне: у мутантов увеличилось количество и размер особых, пузыревидных клеток, которые и запускают этот процесс.
Как выяснилось, ген LC2 работает как «тормоз», подавляя активность другого гена – OsZHD1, который сам по себе способен запустить скручивание листа. LC2 блокирует OsZHD1 двумя способами: во-первых, он поддерживает химические метки на белках-гистонах, которые не дают гену считываться, а во-вторых, белок LC2 физически связывается с регуляторным участком гена OsZHD1. При отключении LC2 оба механизма перестают работать, и OsZHD1 активируется.
Изменение формы листа сопровождалось и метаболическими сдвигами. В клетках мутантных растений активировались гены, отвечающие за синтез лигнина, и началось накопление хлорогеновой кислоты – его предшественника. Авторы работы предполагают, что накопление лигнина, который влияет на механические свойства клеточных стенок, напрямую связано с ростом пузыревидных клеток.
Открытие даёт селекционерам точечный инструмент для управления архитектурой растений. Вместо долгого отбора они смогут направленно редактировать геном, чтобы получить нужную форму листа. Результаты также показывают, что морфология растений определяется не только гормонами, но и сложными биохимическими процессами, которые ранее связывали в основном с реакцией на стресс.