Биологи определили временную логику регуляторных генов, влияющих на эффективность использования азота растениями

Команда биологов и компьютерных ученых использовала временной подход на основе машинного обучения, чтобы вывести временную логику азотной сигнализации у растений из данных о геномной экспрессии. Работа потенциально предлагает новые способы мониторинга и улучшения роста сельскохозяйственных культур с использованием меньшего количества азотных удобрений, что пойдет на пользу питанию человека и окружающей среде.

Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), сосредоточено на генных регуляторных сетях (GRN), которые определяют, какие транскрипционные факторы регулируют гены, необходимые для ответа на азот — питательное вещество, жизненно важное для развития растений и питания человека.

"Создавая эти регуляторные сети на основе динамических генетических ответов на обработку азотом, мы можем видеть в режиме замедленной съемки генетический процесс, необходимый для поглощения азота и его превращения в аминокислоты, используемые для синтеза всех N-содержащих соединений, включая ДНК, белки и хлорофилл", — объясняет Глория Корруцци, старший автор статьи. — "Обладая этими новыми знаниями, мы теперь можем искать способы повысить эффективность производства продуктов питания и обогатить меры устойчивого сельского хозяйства при меньшем внесении азота, что пойдет на пользу окружающей среде".

Исследование также включало ученых из Университета Пердью, Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор и Французского национального института сельскохозяйственных исследований.

Исследование использовало время — четвертое и в значительной степени неисследованное измерение GRN — с целью лучше выявить транскрипционные факторы, релевантные для генетических ответов на азот. Понимание того, как транскрипционные факторы функционируют в разные моменты времени, может позволить ученым нацелиться на ранние ответные гены и делать прогнозы о временной работе всей генной регуляторной сети.

Эта временная GRN теперь предоставляет богатый объем регуляторных знаний для формирования проверяемых гипотез о том, как 155 транскрипционных факторов осуществляют регуляторный контроль ответа на азот и его влияния на ключевые процессы жизни растений, такие как циркадный ритм, фотосинтез и метаболизм РНК, среди других явлений, влияющих на рост, развитие и урожайность растений.