Фермент GAPDH, известный более ста лет как ключевой участник энергетического обмена в клетках, оказался также важен для защиты растений от засухи. Китайские исследователи обнаружили, что один из генов этого семейства, TaGAPDH5, может стать основой для выведения более засухоустойчивых сортов пшеницы, говорится в статье в BMC Plant Biology.
Группа ученых из Северо-Западного университета сельского и лесного хозяйства и Хэнаньской академии сельскохозяйственных наук (КНР) изучила семейство генов GAPDH у нескольких видов пшеницы, включая ее современных гексаплоидных представителей и их ди- и тетраплоидных предков. Оказалось, что по мере эволюционного усложнения генома пшеницы росло и число генов GAPDH – с пяти у древних видов до девятнадцати у современных.
Анализ генома показал, что гены GAPDH в пшенице имеют участки, которые реагируют на сигналы засухи и света. Исследователи выяснили, что при нехватке воды активность этих генов меняется. Особенно выделился ген TaGAPDH5, работа которого была тесно связана с другим геном – регулятором TaMYB-7D.
Эту связь подтвердили в ходе лабораторного эксперимента: ген-регулятор TaMYB-7D напрямую активировал TaGAPDH5. Это доказывает, что они составляют часть единой системы, которая включается в ответ на водный стресс.
Чтобы проверить, как ген работает на практике, его встроили в геном модельного растения – арабидопсиса. Модифицированные растения оказались значительно устойчивее к засухе, чем контрольная группа. У них было меньше поврежденных клеток из-за окислительного стресса, они лучше удерживали влагу, меньше увядали и имели меньше засохших листьев после десяти дней без полива.
Результаты исследования показывают, как ген, ранее считавшийся исключительно метаболическим, эволюционировал для выполнения защитных функций. Выявленная генетическая связка может стать мишенью для селекционеров и биотехнологов, которые смогут создавать новые сорта пшеницы, лучше приспособленные к изменениям климата и нехватке воды, что важно для мировой продовольственной безопасности.