Генная сеть помогает корням растений усваивать азот
Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе и Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор с помощью робототехники, компьютеров и передовой генетики изучают, как корни растений поглощают и метаболизируют азот — ключевой элемент для роста растений и урожайности. Их последняя работа опубликована 24 октября в журнале Nature.
«Метаболизм азота невероятно важен для роста», — сказала Сиобхан Брейди, доцент кафедры биологии растений в UC Davis и старший автор статьи. Изобретение азотных удобрений более ста лет назад позволило значительно увеличить продуктивность сельского хозяйства, чтобы прокормить миллиарды людей. Однако сток избытка удобрений в почвы, водоемы и океаны имеет множество негативных последствий.
Понимая гены, контролирующие поглощение и использование азота растениями, ученые, такие как Брейди, надеются дать селекционерам инструменты для создания сортов сельскохозяйственных культур, требующих меньше удобрений или использующих их эффективнее.
«Мы знаем гены, участвующие в ассимиляции и транспорте азота, но не понимаем всех способов регуляции азотного метаболизма», — отметила Брейди.
Более того, большинство этих регуляторных генов, называемых факторами транскрипции, были идентифицированы в стеблях, побегах и листьях, но не в корнях, где азот фактически попадает в растение из почвы.
Наука о корнях
Лаборатория Брейди стремится открыть сети генов, которые формируют жизнь и рост корней растений. Поскольку азот так важен для растений, аспирантка Эллисон Годинье и Брейди исходили из предпосылки, что факторы транскрипции для азотного метаболизма также будут связаны с другими важными процессами.
Годинье использовала робототехнику для скрининга факторов транскрипции против сотен генов одновременно, объединяя их в сеть. Адъюнкт-профессор Дорин Уэр и коллеги из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор использовали вычислительные методы, чтобы предсказать, какие гены наиболее важны в сети. Затем команда UC Davis смогла изучить роль этих генов в растениях.
Результаты устанавливают основной набор генов, критически важных для метаболизма азота, заявила Брейди. «Если мы хотим выводить азотоэффективные растения, нам нужно смотреть на эти гены. Это откроет много возможностей для исследований».