Ученые разработали метод, который позволяет сделать сельскохозяйственные культуры устойчивыми к сорнякам-паразитам, не нарушая их рост и полезные симбиотические связи. Новая стратегия основана на генном редактировании, которое блокирует не синтез растительных гормонов, а только их экспорт из корней.
Растения вырабатывают гормоны стриголактоны, которые выполняют две функции. Внутри они регулируют развитие побегов, а снаружи, выделяясь из корней в почву, привлекают полезные микоризные грибы. Однако эти же сигнальные молекулы улавливают семена сорняков-паразитов, таких как стрига (ведьмино просо) и заразиха, для которых гормон служит сигналом к прорастанию и атаке на растение-хозяина.
Ранее попытки подавить выработку стриголактонов приводили к тому, что растения теряли и защиту от паразитов, и помощь грибов-симбионтов, а также нарушалась их внутренняя регуляция. Исследователи из Китая и Великобритании обобщили недавние открытия, которые позволили решить эту проблему. Они предложили воздействовать не на производство гормонов, а на отвечающие за их выделение в почву белки – ABC-транспортеры.
Эффективность подхода подтвердили два независимых исследования. В одном из них ученые с помощью технологии CRISPR/Cas9 отключили два гена-транспортера у сорго. В результате выделение стриголактонов в почву прекратилось, а заражение посевов стригой сократилось на 67–94%. При этом на полях, свободных от сорняка, отредактированные растения развивались так же, как и обычные. В присутствии паразита они показывали даже лучшую урожайность и набирали больше биомассы.
В параллельном эксперименте та же стратегия сработала на томатах, которые страдают от заразихи. Отключение одного из генов-транспортеров не только защитило растения от паразита, но и повысило их урожайность более чем на 30% по сравнению с контрольной группой. Результаты показывают, что метод универсален и применим к разным культурам.
Новая технология может стать решением для фермеров в странах Африки к югу от Сахары и в Средиземноморье, где стрига и заразиха ежегодно наносят ущерб сельскому хозяйству на миллиарды долларов. Генное редактирование позволяет разорвать связь между внутренней, полезной функцией гормонов и их внешней, опасной сигнальной ролью.