Учёные нашли новые модели для изучения пищевых культур
Фермерам часто приходится применять азотные удобрения для поддержания качества и повышения урожайности культур. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, в 2011 году фермеры во всём мире использовали более 100 миллионов тонн азота. В том же году только в США произвели и импортировали азотных удобрений на сумму более 37 миллиардов долларов. Исследователи из Университета Миссури работают над снижением зависимости растений от азота, что может помочь уменьшить затраты фермеров, создать более выносливые растения, устранить сток удобрений в водные источники и обеспечить продовольствием растущее население планеты.
Исследователь Фернанда Амарал обнаружила, что снижение зависимости от азота может начаться с простого типа травы — Setaria viridis — и её взаимоотношений с естественными бактериями.
"Биологическая фиксация азота — когда бактерии фиксируют атмосферный азот и превращают его в аммоний — предоставляет растениям бесплатный способ усваивать и метаболизировать азот", — сказала Амарал.
Обычно растения, такие как соя, образуют клубеньки на корнях для симбиоза с бактериями. Однако пищевые злаки, такие как кукуруза, рис и сахарный тростник, не образуют таких специализированных структур, что затрудняет изучение этого процесса. Поэтому учёным потребовалась модель растения.
Амарал работала с профессором Гэри Стэйси, а также с учёными из Федерального университета Параны и Университета Санта-Катарины (Бразилия), чтобы найти модель, которую было бы легко проращивать, которая была бы достаточно мала для изучения и уже имела бы секвенированный геном.
Ход исследования:
- Было проанализировано более 30 генотипов травы Setaria viridis на предмет сильной реакции фиксации азота при внесении трёх различных штаммов бактерий.
- Растения пересаживали в почву, не содержащую питательных веществ, чтобы гарантировать, что бактерии были единственным источником азота.
- Чтобы доказать, что бактерии действительно фиксируют азот, используемый растением, растения подвергали воздействию радиоактивных изотопов в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке.
- Использовали азот-13 — нестабильный радиоизотоп, который показал, где и как быстро это питательное вещество поглощалось из бактерий.
Команда определила, что бактерии Azospirillum brasilense, которые уже коммерчески используются в Южной Америке для улучшения роста сельскохозяйственных растений, являются лучшим выбором.
"Мы хотели определить гены, ответственные за взаимодействие между растением и бактериями, и в основном те, которые участвуют в поглощении азота", — сказала Амарал.
Выводы и перспективы:
- Setaria viridis может служить простой моделью для исследований и заменять родственные злаки, такие как кукуруза и рис.
- Выявление бактерий, позволяющих растениям усваивать азот, может привести к более эффективному и экологичному земледелию.
- Дальнейшие исследования могут изучить аналогичные отношения у пищевых культур и привести к созданию "растительного" способа повышения устойчивости сельского хозяйства.