Генетическое редактирование сои

Как и другие бобовые, соя способна к симбиотической азотфиксации, что дает значительные преимущества для устойчивости производства культуры. Во время симбиоза растения и бактерий происходит образование корневых клубеньков, а процесс требует сложных обменов сигналами между симбиотическими партнерами. Понимание механизма обмена сигналами необходимо для применения биологической азотфиксации в сельском хозяйстве

Одна из четырех основных культур, выращиваемых в мире, соя долгое время была неотъемлемой частью сельского хозяйства Китая, будучи одомашненной более 5000 лет назад.

В процессе одомашнивания выбираются определенные черты, которые облегчают выращивание и приготовление растений, но другие свойства могут быть потеряны. Дикие предки одомашненных культур являются важными хранилищами утраченных агрономических свойств. Это особенно важно, когда речь идет об устойчивости к болезням.

Группа ученых из Китая начала изучение растений диких соевых бобов Glycine soja Sieb. & Zucc, чтобы найти генетические области, участвующие во взаимодействии с полезными микробами, которые были потеряны в результате одомашнивания.

Исследователи культивировали линии сои, которые включали небольшие участки ДНК от их диких предков, и обнаружили, что некоторые линии по-разному реагировали на разные штаммы полезных бактерий, известных как Sinorhizobium fredii.

Разные реакции, как выяснили ученые, связаны с тем, имеют ли бактериальные штаммы полностью функциональные системы секреции типа 3 (T3SS), которые используются бактериями для введения эффекторов белка в клетки растений.

Функциональный анализ был выполнен для различных видов мутуалистических ризобий, включая Sinorhizobium fredii, Bradyrhizobium japonicum и Mesorhizobium loti.

Также ученые проследили за важным белком DRR1 и обнаружили, что он генетически взаимодействует с бактериальной системой T3SS, изменяя количество лигнина и число клубеньков, формируемых корневой системой, и количество лигнина.

«Мы полагаем, что белки DIR обладают необычными механизмами регуляции во время ризобиальной инфекции и образования узелков. Белки DIR участвуют в финальной стадии синтеза лигнина клеточной стенки, что может позволить им управлять важными изменениями в структурах клеточной стенки во время установления симбиоза. Изменения в экспрессии GmDRR1 могут приводить к изменениям содержания и распределения лигнина в клубеньках, чтобы регулировать образование клубеньков», пишут ученые.

Напомним, что лигнины и фенолы способствуют устойчивости растений к атакам патогенных грибов и насекомых-вредителей.

Новый генетический подход поможет ученым получить доступ к некоторому генетическому разнообразию предков сои, чтобы улучшить биологическую фиксацию азота, что является важной частью устойчивого сельского хозяйства, в современных сортах сои.

Научная работа опубликована на портале apsjournals.apsnet.org.

(Источник: apsjournals.apsnet.org).