Исследователи из Университета Джорджии и Университета Висконсин-Мэдисон изучили вклад воздушных корней в биологическую фиксацию азота (Biological nitrogen fixation, BNF) у кукурузы и выявили генетические признаки, которые поддерживают это явление в традиционных сортах из южной Мексики. Воздушные корни буквально прорастают над землей и выделяют богатую углеводами слизь, идеальную среду обитания для азотфиксирующих бактерий.
В исследовании растения кукурузы сорта Oaxa524, выращенные в теплицах, показали эффективность поглощения атмосферного азота. Тесты с изотопами азота-15 показали, что почти половина азота растения поступала из атмосферы при инокуляции азотфиксирующими бактериями. Коммерческая линия PHP02, без значительной слизи, показала только 15%.
Затем ученые скрестили сорт Oaxa524 с элитной линией PHZ51, создав популяции двойных гаплоидов. Из этого они оценили пять признаков: диаметр и количество воздушных корней, количество узлов с корнями, диаметр стебля и дату цветения. Данные за 2023 и 2024 годы, полученные в ходе экспериментов в университетах, показали, что эти признаки зависят от факторов окружающей среды, но со значительным генетическим наследованием.
Наследуемость составила 76% для диаметра воздушного корня и 70% для числа узлов с корнями. Число корней на узел было наиболее затронуто изменениями окружающей среды, с наследуемостью 59%. Тем не менее, генетическое влияние значительно. Корреляционный анализ показал, что растения с более толстыми стеблями, как правило, имеют большие и более крупные корни, но корреляции между диаметром и числом корней слабые.
Картирование количественных признаков (QTL) выявило 16 областей генома, связанных с этими признаками. Одиннадцать QTL влияют на диаметр воздушного корня, пять связаны с числом корней на узел и пять - с числом узлов с корнями. Некоторые из этих локусов уже совпадают с генами-кандидатами, идентифицированными в других исследованиях по архитектуре корня.
Авторы (Даниэль Ласписа, Рафаэль Венадо, Рубенс Диого, Жан-Мишель Ане, Джейсон Г. Уоллес) подчеркивают, что эффективность этой фиксации зависит от влажности окружающей среды, которая необходима для производства слизи, и наличия нужных бактерий. Использование инокулянтов может быть необходимо в первых поколениях, адаптированных к этой технологии.
Перспективы интригуют. Предыдущие исследования сорго показали, что воздушные корни, фиксирующие азот, были утрачены из-за отрицательного отбора во время селекции. В кукурузе эта закономерность, похоже, повторяется. Восстановление этого потенциала в зародышевой плазме и повторное внедрение его в современные линии может открыть новый этап в сельском хозяйстве: сорта, способные питаться воздухом.
Источники: University of Georgia, University of Wisconsin – Madison, Revista Cultivar.
Заглавное фото: Шаповалова Наталья, AgroXXI.ru.
