Генетики выяснили, как ячмень становится альбиносом

Ученые Новосибирского государственного университета и Института цитологии и генетики СО РАН выяснили, как на генетическом уровне регулируется синтез и распределение хлорофилла в разных органах растений. Для этого они исследовали геномы обычного ячменя и ячменя частичного альбиноса, у которого нарушена выработка хлорофилла. Результаты исследования представлены в журнале BMC Plant Biology.

Недостаток хлорофилла у растений может приводить к ухудшению процесса фотосинтеза, аномальному развитию растений и их преждевременной смерти. Во время предшествующих исследований признака Albino Lemma ученые при сравнении геномов обычного ячменя и ячменя частичного альбиноса обнаружили фрагмент, ассоциированный с наблюдаемым альбинизмом. Они показали, что эта мутация влияет на массу зерна и продуктивность колоса.

Для решения поставленной задачи специалисты «прочитали» транскриптом (совокупность всех активных генов) внешней оболочки зерна (перикарпа) ячменя, а также исследовали растение под лазерным сканирующим микроскопом.

В ходе анализа ученые выделили несколько десятков генов, изменивших свою активность в результате мутации. Один из них является тем самым геном, мутация которого вызывает появление частичного альбиноса. Остальные «играют с ним в команде», и их «командная» работа приводит к частичному побелению ячменя.

Добавив к транскриптомному анализу микроскопическое исследование, ученые установили, что интересующий их ген играет значительную роль в развитии растения — изменяет процессы морфогенеза, то есть влияет на возникновение и развитие органов растения. Под микроскопом исследователям удалось пронаблюдать, что в местах изменения окраски растения с зеленой на белую, меняется и клеточный узор (паттерн): клетки, содержащие хлоропласты, модифицируют свою форму, размер и взаимное расположение.

Также этот ген работает внутри клетки как триггер, находящийся в одном из состояний: либо он активирует хлоропласты, либо не активирует. Это означает, что клетки находятся в двух крайних состояниях: когда ген, вызывающий мутацию, активен, хлоропласты в клетках не регистрируются, а когда он «выключен», хлоропласты обнаруживаются в нормальном количестве. Промежуточное состояние отсутствует.

Проделанная работа позволила ученым установить набор генов, ответственный за появление частичного альбинизма и выяснить, как он влияет на развитие тканей и органов и внешний вид растения — проследить путь от мутации до фенотипа (внешних проявлений). Последующие исследования будут направлены на точное установление связей между этими генами: как они взаимодействуют между собой и каким образом это приводит к частичному побелению органов растений.