Бобовые, такие как фасоль, соя, горох и чечевица, уникальны среди сельскохозяйственных культур благодаря своей способности взаимодействовать с почвенными бактериями , превращая или «фиксируя» азот в полезную форму питательных веществ. Однако этот энергоемкий биологический процесс снижается, когда азот уже в изобилии содержится в почве либо за счет естественных процессов, либо за из-за применения синтетических удобрений.
Последнее открытие генетического регулятора, который отключает фиксацию азота при высоком уровне нитратов в почве, позволило ученым удалить этот ген из модельных бобовых, гарантируя, что они продолжат фиксировать азот независимо от характеристик почвенной среды.
Увеличение биологической способности бобовых фиксировать азот поможет увеличить рост сельскохозяйственных культур и урожайность, а также снизить потребность в синтетических удобрениях, которые способствуют увеличению воздействия сельского хозяйства на окружающую среду.
Результаты исследования, которое было проведено в рамках международного проекта Enabling Nutrient Symbioses in Agriculture (ENSA), были опубликованы в журнале Nature.
«С точки зрения сельского хозяйства, продолжающаяся фиксация азота может быть полезным свойством, которое увеличивает доступность азота как для бобовых, так и для будущих культур, которые зависят от азота, оставшегося в почве после выращивания бобовых», — сказал ведущий автор доктор Дугалд Рид. , лектор Университета Ла Троб и руководитель исследовательской группы Института устойчивого сельского хозяйства и продовольствия Ла Троб (LISAF) и факультета животноводства и почвоведения, а также исследователь ENSA.
«Это закладывает основу для будущих исследований, которые предоставят нам новые способы управления нашими сельскохозяйственными системами для сокращения использования азотных удобрений, увеличения доходов ферм и снижения воздействия использования азотных удобрений на окружающую среду», добавил он.
Команда обнаружила регулятор, известный как «Фиксация под нитратом» (FUN) - тип гена, известный как фактор транскрипции и контролирующий уровни других генов, после проверки 150 000 отдельных растений бобовых, и сделали еще одно дополнительное открытие по цинку.
«В рамках исследования мы разработали генетический экран для тысяч растений в теплицах, чтобы идентифицировать гены, которые связывают триггеры окружающей среды с биологическими сигналами. Повышая уровень нитратов, доступных для модельных бобовых, мы смогли идентифицировать те, у которых нарушена регуляция фиксации азота, и обнаружить мутант FUN», - говорит доктор Цзишун Линь, соавтор статьи и исследователь ENSA.
Затем команда использовала сочетание биохимии, исследований экспрессии генов и микроскопии, чтобы обнаружить, что FUN образует длинные белковые нити, когда он неактивен. Это привело к вторичному открытию, что уровень цинка играет роль в активации FUN и прекращении фиксации азота.
«Мы обнаружили, что изменение азота в почве изменяет уровень цинка в растении. Ранее цинк не был связан с регуляцией азотфиксации, но наше исследование показало, что изменение уровня цинка, в свою очередь, активирует FUN, который затем контролирует большое количество генов, которые отключают азотфиксацию. Таким образом, удаление FUN создает условия, при которых фиксация азота больше не прекращается растением», - поясняет доктор Каспер Андерсен, соавтор и исследователь ENSA.
Сейчас исследователи изучают, как ведут себя распространенные бобовые культуры, такие как соя и вигна, когда они теряют активность FUN.
Исследование проводилось под руководством ученых из Университета Ла Троб, Австралия, и Орхусского университета, Дания, при сотрудничестве с Европейской лабораторией синхротронного излучения (ESRF), Центром биотехнологии и геномики растений, Испания и Политехническим университетом Мадрида (UPM).
Источник: La Trobe University.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
