Китайские учёные нашли способ повысить холодоустойчивость и усвоение фосфора у кукурузы

Китайские учёные раскрыли новый молекулярный механизм, призванный одновременно повысить устойчивость кукурузы к холоду и эффективность использования фосфатов. Это потенциальное решение классической сельскохозяйственной проблемы, угрожающей урожайности в холодных условиях.

Как культура тропического происхождения, кукуруза очень чувствительна к низким температурам. Холодная среда не только замедляет её рост, но и ограничивает поглощение фосфатов из почвы, создавая для растения двойной вызов: холодный стресс и дефицит питательных веществ.

Исследовательская группа из Государственной ключевой лаборатории устойчивости растений к окружающей среде при Китайском сельскохозяйственном университете недавно обнаружила ключевой молекулярный механизм, координирующий адаптацию к стрессу и использование питательных веществ у кукурузы. Их результаты были опубликованы в журнале Nature.

Учёные идентифицировали белок NLA — ключевую E3 убиквитинлигазу, которая действует как центральный молекулярный узел в реакции растения на холод и регуляции поглощения фосфатов.

Естественным образом этот механизм работает как «качели»: в то время как белок NLA повышает холодоустойчивость растения, он одновременно подавляет способность корневой системы поглощать фосфаты, пояснил соавтор исследования, профессор Китайского сельскохозяйственного университета Ян Шухуа.

Чтобы преодолеть этот компромисс между холодоустойчивостью и эффективностью использования фосфатов в условиях низких температур, команда перестроила и создала новый вариант белка NLA, используя ИИ-дизайн белков и технологию редактирования генов. Их подход позволил добиться целевой оптимизации функции E3-лигазы, в результате чего был получен новый зародышевый материал кукурузы, обладающий как высокой холодоустойчивостью, так и эффективным использованием фосфатов.

В сопроводительной статье в Nature отмечается, что этот подход, как ожидается, может быть расширен для регулирования эффективного использования других ключевых почвенных питательных веществ, таких как азот. Это имеет большое значение для выведения новых сортов сельскохозяйственных культур, способных противостоять сложным, изменчивым стрессам окружающей среды на фоне глобального изменения климата.

Интересный факт: кукуруза (маис) является одной из трёх самых важных зерновых культур в мире наряду с пшеницей и рисом. Её родиной считается Центральная и Южная Америка, где её начали культивировать около 7–12 тысяч лет назад. Современные методы генной инженерии, подобные описанным в исследовании, открывают путь к созданию культур, которые смогут стабильно давать урожай в условиях меняющегося климата и на менее плодородных почвах, что критически важно для продовольственной безопасности.