Сельское хозяйство

Агротехнологи придумали, как ускорить и замедлить рост растений

Nicotiana tabacum

Magnus Manske/Own work

Исследователи из МФТИ, центра «Фундаментальные основы биотехнологии» и МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с немецкими учеными из Фрайбургского университета разработали быстрый способ, позволяющий определять, как различные химические вещества влияют на рост растений. Исследование российских ученых опубликовано в журнале BMC Plant Biology.

Исследователи разработали новую технологию тестирования химических соединений на пыльце (вместо многодневного эксперимента на семенах). Свое открытие ученые опробовали на табаке (Nicotiana tabacum). В течение двух часов они протестировали 1040 соединений и нашли среди них 65, которые ускоряли или замедляли рост табака. Раньше процедура отбора таких веществ заняла бы недели или даже месяцы напряженного труда.

Чтобы подобрать одно химическое вещество, влияющее на скорость развития растения, требуется проверить тысячи соединений. Традиционный метод позволял провести эту процедуру за месяц: семена сажали в питательную среду, добавляли тестируемое вещество (удобрение), а затем смотрели, как семена растут. На основании того, как быстро развивается семя и появляются побеги, делали вывод, влияет ли данное соединение на рост растения или нет.

Ученые предположили, что при прорастании семян на грядке идут схожие процессы и активируются те же гены, что и при развитии пыльцевых трубок из пыльцевого зерна. Соответственно, пыльцевое зерно и семя могут иметь одинаковые мишени воздействия. Период развития пыльцевых зерен гораздо короче (около двух часов), чем у семян, и поэтому тестирование химических соединений на пыльце позволит значительно ускорить поиск нужных веществ: анализ около 10 000 соединений занимает одну неделю. К тому же теперь результат можно оценивать с помощью компьютерного анализа цифровых изображений пыльцевой трубки.

Процесс тестирования доведен до автоматизма: сначала ученые готовят раствор из пыльцы растения в специальной питательной среде и распределяют его по ячейкам, туда же добавляются исследуемые вещества. Затем автоматизированный микроскоп делает снимки каждой ячейки в начале эксперимента и через определенные промежутки времени. Каждый снимок обрабатывается специальным софтом, разработанным сотрудниками лаборатории МФТИ и специалистами фирмы Molecular Devices. Программа делает конечный вывод о том, является ли химическое соединение модулятором роста растения или нет.

Новый метод позволит ускорить процедуру нахождения веществ для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Разработки ведутся в рамках государственного проекта повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров «5-100».