Вольфия, также известная как ряска, является самым быстрорастущим из известных растений, но генетика, лежащая в основе успеха этого странного маленького растения, долгое время оставалась загадкой для ученых. Теперь, благодаря достижениям в области секвенирования генома, исследователи изучают, что делает это растение уникальным, и в процессе открывают некоторые фундаментальные принципы биологии и роста растений.
Группа исследователей под руководством ученых из Института Солка сообщает о новых выводах о геноме растения, объясняющих, как оно может расти так быстро. Это исследование может помочь ученым понять, как растения находят компромисс между ростом и другими функциями, такими как укоренение и защита от вредителей. Оно имеет значение для проектирования совершенно новых заводов, оптимизированных для выполнения определенных функций, таких как увеличение накопления углерода для решения проблемы изменения климата.
«Большой прогресс в науке был достигнут благодаря очень простым организмам, таким как дрожжи, бактерии и черви», — говорит Тодд Майкл, автор статьи и профессор-исследователь в Лаборатории молекулярной и клеточной биологии растений Солка. «Идея здесь в том, что мы можем использовать абсолютно минималистичное растение, такое как Вольфия, чтобы понять фундаментальные принципы того, что делает растение растением».
Вольфия, которая растет в пресной воде на всех континентах, кроме Антарктиды, выглядит как крошечные плавающие зеленые семена, каждое растение размером с булавочную головку. У него нет корней, а имеется только одна сросшаяся структура стебель-лист, называемая вайей. Размножается вольфия подобно дрожжам, когда дочернее растение отпадает от материнской почек. Некоторые эксперты полагают, что при удвоении всего за сутки вольфия может стать важным источником белка для питания растущего населения Земли (ее уже едят в некоторых частях Юго-Восточной Азии, где он известен как khai-nam, что переводится как «водяные яйца».)
Ученые выращивали вольфию, точно отмечая циклы света и темноты, анализируя, какие гены были активны в разное время суток. Рост большинства растений регулируется световым и темным циклом, при этом большая часть роста происходит утром. Было установлено, что вольфия имеет вдвое меньше генов, которые регулируются циклами свет-темнота, по сравнению с другими растениями. «Мы думаем, что именно поэтому он так быстро растет. У него нет правил, ограничивающих его рост», — пояснил Тодд Майкл.
Исследователи также обнаружили, что гены, связанные с другими важными элементами поведения растений, такими как защитные механизмы и рост корней, отсутствуют. «Это растение потеряло большинство генов, которые ему не нужны», — добавляет Майкл. «Похоже, что компания сосредоточилась только на неконтролируемом быстром росте».
Ученые поясняют, что данные о геноме вольфии могут дать важную информацию о взаимодействии между тем, как растения развивают план своего тела, и тем, как они растут. Настоящее исследование расширяет знания в области базовой биологии растений, а также предлагает потенциал для улучшения сельскохозяйственных культур и сельского хозяйства. А делая растения более способными накапливать углерод из атмосферы в своих корнях, ученые смогут их оптимизировать, чтобы помочь справиться с угрозой изменения климата.