Генно-модифицированные растения лучше растут в засушливых и соленых условиях

11:35, 24 апреля 2023

Российские ученые добавили новый ген в табак и усовершенствовали его устойчивость

Табак — одно из наиболее хорошо изученных учеными растений. Фото: Родион Нарудинов.

Российские ученые модифицировали табак. Они добавили ген AtGSTF11 и улучшили устойчивость растения к неблагоприятным условиям — низким температурам, засухе и засоленной почве. Модельные растения, на которых провели опыты, с новым геном показали более высокую жизнеспособность. Описание опытов ученые опубликовали в Russian Journal of Plant Physiology.

Стресс растений (вызванный самыми разными факторами — засухой, температурой, загрязненной почвой и др.) на клеточном уровне заканчивается окислительным стрессом: в клетке образуются активные формы кислорода, которые разрушают белки, нарушают структуру ДНК и приводят к гибели клетки или неблагоприятно сказываются на ее жизнедеятельности, добавляют ученые. Существуют клеточные механизмы, которые препятствуют развитию окислительного стресса — низкомолекулярные антиоксидантные соединения, белки (ферменты-антиоксиданты), глутатион.

«Глутатион — короткий серосодержащий пептид, который играет важную роль в защите растений от стресса. Он образуется, затем циклично переходит в окисленную и восстановленную формы и так далее. Это глутатионовый цикл. В этом процессе происходит устранение активных форм кислорода, и клетки растений не погибают. В цикле задействован целый ряд генов. Так вот, мы добавили еще один ген — глутатион S-трансфераза и получили более жизнеспособное растение», — рассказывает заведующий лабораторией геномики растений Института биохимии и генетики УФИЦ РАН Булат Кулуев.

Так, биологам удалось вырастить крепкие растения при температуре +15 градусов Цельсия (нормальная температура для роста табака — +25 ... +28 градусов), скудном поливе (до 50 мл один раз в неделю) и в кислотной среде (почву поливали двухпроцентным раствором хлорида натрия).

«Табак в качестве экспериментального образца был выбран не для того, чтобы облегчить жизнь курильщикам. Табак — очень удобная для исследований модель. Во-первых, в свое время табачные компании активно финансировали исследования этого растения, и на сегодня про табак мы знаем намного больше, чем про многие другие растения: про его анатомию, физиологию, морфологию, биохимию, процессы роста и многое другое. Поэтому любые изменения, которые мы вносим в растение, легко детектировать. И, во-вторых, табак довольно легко трансформируется, хорошо растет и размножается, что тоже упрощает нашу задачу», — поясняет доцент кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Александр Ермошин.

Данные, которые получили исследователи, можно применить для сельскохозяйственных культур. Таким образом можно повысить жизнеспособность картофеля, томатов и других пасленовых растений. Однако стойкость сельхозкультур с новым геном в экстремальных условиях ученым еще предстоит проверить.

Справка

Продуктивность растений (в частности сельскохозяйственных) зависит от кислотности почвы. Кислые почвы угнетают рост и развитие растений, снижают эффективность удобрений. Кислотность зависит от таких факторов, как климат, почвообразующие породы, деятельности человека (большое количество минеральных удобрений) и др. По разным оценкам, в России на сегодня общая площадь кислых почв на пахотных угодьях составляет 30–33 % от общей площади пашни в стране.