Ученые детально изучили усвоение удобрений кукурузой, открыв путь к повышению урожайности
Кукуруза — одна из ключевых зерновых культур наряду с пшеницей и рисом. Повышение ее урожайности при снижении затрат и обеспечении устойчивости сельского хозяйства имеет критическое значение.
Рост урожайности кукурузы связан с применением азотных удобрений, однако их усвоение из почвы неэффективно — всего около 40–65%. Понимание причин этой неэффективности важно для экономичного и устойчивого земледелия. Традиционные методы анализа тканей трудоемки и недостаточно точны.
Технология single cell RNA-sequencing (scRNA-seq) произвела революцию в анализе тканей на клеточном уровне. В новом исследовании ученые из Института нанфана и семеноводства Академии наук Гуандуна и Чжункайского университета сельского хозяйства и инженерии применили этот метод для изучения корней кукурузы.
«Применение scRNA-seq для идентификации генов, специфичных для типов клеток и ответственных за поглощение и переработку азота, дает новую надежду на оптимизацию способности корней усваивать питательные вещества», — говорит профессор Юнвэнь Ци.
Команда проанализировала более 7000 клеток кончиков корней проростков, выращенных на средах с нитратным удобрением и без него. Было идентифицировано 11 основных типов клеток или тканей, присутствовавших в резко различающихся количествах, что отражает высокую гетерогенность кончиков корней кукурузы.
Сравнение клеток из двух условий выращивания показало, что среди этих типов клеток существует 85 генов, специфически реагирующих на нитраты, причем лишь часть из них была ранее известна в связи с усвоением и метаболизмом нитратов.
Анализ также выявил подсказки о путях развития клеток. Например, было обнаружено, что клетки корневых волосков происходят из подтипа клеток эпидермиса.
Ученые сравнили типы клеток корней кукурузы и риса, чтобы найти общие и различающиеся гены. Было обнаружено 57 генов корневых волосков, 216 генов эндодермы и 80 генов флоэмы, которые являются консервативными (эволюционно сохраненными).
Охарактеризованные в этом исследовании гены могут служить «дорожной картой» для исследователей, стремящихся найти способы точного контроля экспрессии генов в специфичных типах клеток или тканей у кукурузы и других культур.
«Наши результаты — ценный ресурс для изучения типов клеток и реакции кукурузы на нитратные удобрения. Эта работа также служит примером для исследования клеточной гетерогенности в специфичных тканях растений. Мы надеемся, что это исследование может дать идеи и методы для выделения генов, контроля экспрессии генов и характеристик растений, и даже для прецизионной селекции», — заключает профессор Ци.
Исследование, опубликованное в The Crop Journal, открывает путь для новых изысканий в биотехнологии и селекции сельскохозяйственных культур, делая значительный шаг к более эффективному, экономичному и устойчивому выращиванию кукурузы.