Расшифровывая генетический код сорго, ученые ICRISAT выявили ключевые гены, позволяющие получать высокие урожаи при сниженном потреблении азота, уменьшении затрат и негативного воздействия на окружающую среду.
Исследование сорго, проведенное под руководством ICRISAT, предоставляет новые генетические данные о том, как сельскохозяйственные культуры могут поддерживать продуктивность при значительно меньшем внесении азотных удобрений, предлагая революционное решение одной из самых насущных проблем мирового сельского хозяйства: поддержание высокого уровня производства продуктов питания при одновременном снижении экологических и финансовых издержек, связанных с использованием синтетических удобрений.
В статье, опубликованной в журнале Food and Energy Security Journal, представлены новые доказательства того, что часть решения проблемы кроется в самой культуре, а именно в выявлении ключевых генов и генетических механизмов, регулирующих эффективность использования азота (nitrogen use efficiency, NUE) — критически важного признака, определяющего, насколько эффективно растения поглощают, используют и преобразуют азот в урожай.
Азотные удобрения остаются одной из самых дорогостоящих статей расходов в сельском хозяйстве, однако культуры, как правило, используют лишь 30–40% внесенных удобрений. Остальное теряется в окружающую среду, способствуя деградации почвы и воды, а также увеличивая финансовое бремя для фермеров. Поэтому повышение эффективности использования азота имеет решающее значение для снижения зависимости от удобрений при сохранении урожайности.
«Мы вступаем в фазу, когда сельское хозяйство должно производить больше с меньшими ресурсами. Это исследование показывает, что ответ кроется не только в ресурсах, но и в более эффективных методах выращивания культур. Улучшая использование азота растениями, мы можем масштабно повысить как производительность, так и устойчивость производства», — заявил доктор Химаншу Патхак, генеральный директор ICRISAT.
Для решения этой проблемы ученые ICRISAT оценили 186 различных образцов сорго из генбанка ICRISAT при трех режимах внесения азота – 0%, 50% и 100% от рекомендуемой нормы – в течение двух вегетационных сезонов. Результаты показали, что урожайность зерна при 50% внесении азота была сопоставима с урожайностью при полном внесении, что подчеркивает потенциал культуры для поддержания продуктивности при снижении затрат.
Чтобы понять генетическую основу этой эффективности, исследователи объединили полногеномные ассоциативные исследования с секвенированием РНК, напрямую связав полевые показатели с активностью генов внутри растения.
«Настоящая инновация здесь заключается в интеграции нескольких уровней данных, что позволяет нам перейти от идентификации признаков к точному определению генов, которые контролируют их в различных условиях азотного питания. Такой уровень точности имеет решающее значение для разработки сортов сельскохозяйственных культур, способных обеспечивать стабильные урожаи при меньших затратах, что открывает инновационный путь к достижению цели устойчивой интенсификации земледелия», — заявил доктор Стэнфорд Блейд, заместитель генерального директора по исследованиям и инновациям в ICRISAT.
В результате анализа геномных данных 186 различных образцов сорго, оцененных в различных условиях содержания азота, было выявлено 1369 геномных регионов, связанных с эффективностью использования азота.
Интегрировав геномные и транскриптомные данные, исследователи обнаружили 10 ключевых генов-кандидатов, регулирующих поглощение, транспортировку и использование азота сорго.
«Эти результаты предоставляют точные генетические отправные точки для улучшения сельскохозяйственных культур. Имея четкие цели, мы можем разработать азотоэффективные сорта сорго с помощью современных методов селекции и редактирования генов. В конечном итоге это позволит фермерам поддерживать урожайность, одновременно снижая их зависимость от дорогостоящих азотных удобрений», — сказал доктор Раман Бабу, директор глобальной исследовательской программы по ускорению улучшения сельскохозяйственных культур в ICRISAT.
Почему это важно:
Снижение затрат на удобрения: фермеры смогут поддерживать урожайность при значительном сокращении внесения азотных удобрений.Повышенная эффективность: в полевых испытаниях достигнута аналогичная урожайность при внесении 50% азотных удобрений.Снижение экологических потерь: уменьшение вымывания азота, стока и выбросов.Практические пути селекции: четкие генетические цели для разработки азотоэффективных сортов.Возможность применения в смешанных посевах: полученные данные могут быть использованы для анализа совмещения основных зерновых культур, таких как рис, пшеница и кукуруза.Доктор Ракеш Шривастава, главный научный сотрудник и руководитель глобального направления селекции нута в ICRISAT, а также ведущий автор исследования, подчеркнул, что данное исследование имеет большое значение в условиях нынешнего глобального кризиса с удобрениями, поскольку оно выявляет ключевые гены, которые выступают в качестве основных регуляторов азотного обмена. Эти данные обеспечивают прочную основу для разработки улучшенных азотоэффективных сортов, имеющих потенциальное применение в основных зерновых культурах и имеющих большое значение для повышения устойчивости в системах земледелия с низким уровнем затрат.
Источник: ICRISAT. Автор: Розлин Эйнд.