Бобы считаются наиболее широко потребляемыми бобовыми, обладая высокой пищевой ценностью и уникальной «суперспособностью» восстанавливать запасы азота в почве. Благодаря этому растение снижает потребность в азотных удобрениях и сокращает загрязнение окружающей среды. Однако исследования по выявлению конкретных генов, отвечающих за азотфиксацию, сталкиваются со сложностью: фасоль устойчива к традиционной генетической трансформации и трудно поддаётся получению требуемых мутантов.
Группа из Университета Кордовы под руководством Хосефы Муньос Аламильо и Кристины Марии Лопес предприняла попытку разобраться в том, как фасоль перерабатывает пуриновые нуклеотиды. Их внимание сосредоточилось на аденине — одном из пяти азотистых оснований, который особенно важен для формирования клубеньков и усвоения азота в корнях. Учёные выявили четыре почти одинаковые копии одного фермента, ответственного за «переработку» аденина, по имени аденинфосфорибозилтрансфераза (APRT).
Каждая из четырёх копий APRT выполняет сходную по смыслу задачу, однако исследователи предположили, что среди них есть отличия. Традиционная генная инженерия не позволяла выбрать одну копию и «выключить» остальные, чтобы изучить её роль в отдельности. Ситуацию спас метод CRISPR/Cas9, который по праву заслужил Нобелевскую премию по химии в 2020 году как «генетические ножницы».
С помощью CRISPR/Cas9 учёные впервые создали два функциональных мутанта фасоли, в которых нарушена работа разных копий APRT. Один из мутантов продемонстрировал непосредственное влияние фермента на утилизацию аденина, тогда как второй внёс ясность в регуляцию цитокининов, контролирующих рост корней и формирование клубеньков. Полученные результаты подтвердили, что гены дублируют несколько функций, но каждый сохраняет уникальную специализацию.
Анализы показали, что одна копия APRT активна в хлоропластах, обеспечивая связь с фотосинтетическими процессами, а другая — в цитозоле, что указывает на разные пути метаболизма аденина. Эти данные помогли сделать важный шаг к более точному пониманию роли фермента в формировании клубеньков и регуляции азотфиксации.
Изучение было опубликовано в Journal of Experimental Botany как наиболее глубокое на сегодняшний день исследование метаболизма аденина в бобовых. Итоги работы показали, что даже схожие фрагменты ДНК могут выполнять нетривиальные функции и влиять на способность фасоли лучше усваивать азот. Кроме того, применение CRISPR/Cas9 подтвердило потенциал этого метода для изучения и улучшения сельскохозяйственных культур с труднодоступными генами.
Ученые планируют продолжать опыты и проанализировать оставшиеся две копии APRT, предполагая, что те могут участвовать в регуляции роста корней и увеличивать устойчивость фасоли к засухе. Широкие перспективы открывают возможность целенаправленно укреплять важные характеристики этого растения при помощи всё тех же «генетических ножниц» и, возможно, добиваться ещё более эффективной азотфиксации.
Изображение носит иллюстративный характер
Группа из Университета Кордовы под руководством Хосефы Муньос Аламильо и Кристины Марии Лопес предприняла попытку разобраться в том, как фасоль перерабатывает пуриновые нуклеотиды. Их внимание сосредоточилось на аденине — одном из пяти азотистых оснований, который особенно важен для формирования клубеньков и усвоения азота в корнях. Учёные выявили четыре почти одинаковые копии одного фермента, ответственного за «переработку» аденина, по имени аденинфосфорибозилтрансфераза (APRT).
Каждая из четырёх копий APRT выполняет сходную по смыслу задачу, однако исследователи предположили, что среди них есть отличия. Традиционная генная инженерия не позволяла выбрать одну копию и «выключить» остальные, чтобы изучить её роль в отдельности. Ситуацию спас метод CRISPR/Cas9, который по праву заслужил Нобелевскую премию по химии в 2020 году как «генетические ножницы».
С помощью CRISPR/Cas9 учёные впервые создали два функциональных мутанта фасоли, в которых нарушена работа разных копий APRT. Один из мутантов продемонстрировал непосредственное влияние фермента на утилизацию аденина, тогда как второй внёс ясность в регуляцию цитокининов, контролирующих рост корней и формирование клубеньков. Полученные результаты подтвердили, что гены дублируют несколько функций, но каждый сохраняет уникальную специализацию.
Анализы показали, что одна копия APRT активна в хлоропластах, обеспечивая связь с фотосинтетическими процессами, а другая — в цитозоле, что указывает на разные пути метаболизма аденина. Эти данные помогли сделать важный шаг к более точному пониманию роли фермента в формировании клубеньков и регуляции азотфиксации.
Изучение было опубликовано в Journal of Experimental Botany как наиболее глубокое на сегодняшний день исследование метаболизма аденина в бобовых. Итоги работы показали, что даже схожие фрагменты ДНК могут выполнять нетривиальные функции и влиять на способность фасоли лучше усваивать азот. Кроме того, применение CRISPR/Cas9 подтвердило потенциал этого метода для изучения и улучшения сельскохозяйственных культур с труднодоступными генами.
Ученые планируют продолжать опыты и проанализировать оставшиеся две копии APRT, предполагая, что те могут участвовать в регуляции роста корней и увеличивать устойчивость фасоли к засухе. Широкие перспективы открывают возможность целенаправленно укреплять важные характеристики этого растения при помощи всё тех же «генетических ножниц» и, возможно, добиваться ещё более эффективной азотфиксации.
