Стебли и корни растений построены вокруг ксилемы, длинных полых клеток, которые действуют как водопровод, разнося воду и минералы вокруг растения, и как структурный материал. Структурная прочность ксилемы обеспечивается вторичной клеточной стенкой внутри внешней клеточной стенки, которая состоит либо из спиральных волокон, либо из перфорированных листов. Эта вторичная клеточная стенка состоит из трех молекул: целлюлозы и гемицеллюлозы, которые по сути являются сахарами, и лигнина, который обеспечивает прочность.Исследователи, заинтересованные в производстве биотоплива из растений, хотели бы получать сахар из растительного материала без вмешательства слишком большого количества лигнина.
Аспирантка Калифорнийского университета в Дэвисе Мэллори Тейлор-Типлс, работая с Шивон Брэди, доцентом кафедры биологии растений в Калифорнийском университете в Дэвисе, Сэмом Хазеном из Университета Массачусетса Амхерст и другими, клонировала 50 генов, участвующих в производстве целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в лабораторных растениях арабидопсис и проверили их на взаимодействие с более чем 460 факторами транскрипции или генами, которые включают или выключают другие гены.С помощью компьютерного ученого из Калифорнийского университета в Дэвисе Илиаса Тагкопулоса и его коллег из Центра генома Калифорнийского университета в Дэвисе исследователи смогли построить сеть, показывающую, как различные гены и факторы транскрипции связаны друг с другом. Результаты были опубликованы 24 декабря в журнале Nature.
«Это первый раз, когда такая сеть была разработана на заводе на таком уровне», — сказал Брэди. «Это помогает нам задуматься о том, как эти сети спроектированы и контролируются».Примечательно, что сеть содержит большое количество «петель прямой связи», — сказал Брэди.
В примере петли прямой связи фактор транскрипции X действует на фактор Y, который, в свою очередь, действует на ген Z. Но X может также действовать непосредственно на Z. Такие системы хорошо известны в других сетях управления, уменьшая случайный "шум". "и позволяя точно координировать различные шаги без центрального регулятора.Исследователи также смогли изучить, как система реагирует на различные типы изменений окружающей среды. Например, лишение корневых клеток железа способствует выработке лигнина, что увеличивает усвоение железа.
Но воздействие соли на клетки вызывает другую реакцию, при которой клетки ксилемы размножаются, увеличивая транспорт воды.По словам Брэди, понимание системы контроля, которая влияет на содержание лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы, может в конечном итоге помочь селекционерам растений создавать сорта, наиболее подходящие для сбора урожая для производства биотоплива.