Публикация сотрудников БИН РАН в журнале «International Journal of Molecular Sciences»

В журнале International Journal of Molecular Sciences (SJR Q1) издательства MDPI в рамках специального тома «Cellular and Molecular Regulatory Signals in Root Growth and Development» вышла новая статья «Do DEEPER ROOTING 1 homologs regulate the lateral root slope angle in cucumber (Cucumis sativus)?», подготовленная сотрудниками лаборатории клеточных и молекулярных механизмов развития растений БИН РАН.

Kiryushkin A.S., Ilina E.L., Kiikova T.Y., Pawlowski K., Demchenko K.N. Do DEEPER ROOTING 1 homologs regulate the lateral root slope angle in cucumber (Cucumis sativus)? International Journal of Molecular Sciences. 2024. 25(4): 1975.

Статья посвящена анализу функциональной роли ключевых генов морфогенеза корневой системы огурца с использованием современных технологий генетического редактирования CRISPR-Cas. Формирование архитектуры корневой системы растения происходит за счёт таких факторов как скорость роста корней, плотность боковых корней и угол роста боковых и придаточных корней. Все вместе они определяют пластичность развития корневой системы в ответ на изменение условий окружающей среды.

Одним из генов, участвующих в регуляции угла наклона боковых корней, является DEEPER ROOTING 1 (DRO1). Авторы идентифицировали ортологи гена DRO1 у огурца (Cucumis sativus) с помощью филогенетического анализа членов семейства белков IGT. Были проанализированы различия в транскрипционном ответе генов CsDRO1, CsDRO1-LIKE1 (CsDRO1L1) и CsDRO1-LIKE2 (CsDRO1L2) на экзогенный ауксин. Анализ репортерных конструкций показал, что гены CsDRO1, CsDRO1L1 и CsDRO1L2 экспрессируются в меристеме в рядах клеток центрального цилиндра, эндодермы и коры; в корнях огурца эти три гена имеют различный характер экспрессии и лишь частично перекрываются. Нокаут отдельных генов CsDRO1, CsDRO1L1 и CsDRO1L2 был осуществлен с помощью системы редактирования CRISPR/Cas9, что позволяет изучить их функции. Авторами была модифицирована система CRISPR/Cas9-опосредованного редактирования генома огурца, обеспечивающая редактирование одиночных генных последовательностей, что позволяет также ускорить создание новых селекционных форм.

Результаты этого исследования показывают, что ни один из гомологов DRO1 огурца не влияет на угол наклона бокового корня. Однако дальнейшее развитие CRISPR-Cas9-опосредованного редактирования генома позволяет одновременно нокаутировать несколько генов. Использование омиксных технологий также позволит определить спектр мишеней гомологов DRO1 и выяснить реальную роль этих генов/белков в установлении гравитропического ответа и формировании угла наклона развивающихся боковых корней, что позволит модифицировать архитектуру корневой системы. В будущих исследованиях будут изучены дополнительные генетические или экологические факторы, влияющие на архитектуру корневой системы огурца. Изучение этих механизмов у растений является важной составляющей при реализации программы устойчивого развития сельского хозяйства. Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ (Биоресурсные коллекции, соглашение № 075-15-2021-1056).