Новая модель растения: Setaria viridis и её симбиоз с бактериями
Исследователи из Университета Миссури изучают возможность снизить зависимость сельского хозяйства от азотных удобрений с помощью простого злака Setaria viridis и его взаимодействия с бактериями.
- Проблема: В 2011 году фермеры во всем мире использовали более 100 млн тонн азотных удобрений. Только в США на их производство и импорт было потрачено более $37 млрд.
- Открытие: Эксперименты показали, что Setaria viridis может получать 100% необходимого азота от бактерий Azospirillum brasilense, колонизирующих поверхность корней. Ранее такая эффективность не была доказана.
- Значение: Этот злак может служить простой моделью для исследований вместо более сложных родственников — кукурузы, риса и сахарного тростника — для изучения аналогичных симбиотических отношений.
Как это доказали?
- Отбор модели: Учёные проанализировали более 30 генотипов Setaria viridis и выбрали штамм бактерий Azospirillum brasilense (уже используемый в Южной Америке для улучшения роста культур).
- Контроль условий: Растения выращивали в почве, полностью лишённой питательных веществ, чтобы бактерии были единственным источником азота.
- Радиоизотопный анализ: В Брукхейвенской
национальной лаборатории (Нью-Йорк) растения подвергли воздействию
радиоактивного изотопа Азот-13 с периодом полураспада
менее 10 минут.
- Изотоп вводили только в корневую зону.
- Быстрое сканирование и анализ распада изотопа позволили точно определить, сколько и как быстро азот, фиксированный бактериями, усваивается и метаболизируется растением.
Почему именно Setaria viridis?
По сравнению с кукурузой эта модель обладает ключевыми преимуществами:
- Простота и скорость: Небольшой размер, быстрое производство семян.
- Простой геном, что облегчает генетические исследования.
Следующие шаги
Лаборатория Гэри Стэйси планирует идентифицировать гены, ответственные за взаимодействие растения и бактерий, в первую очередь — за усвоение азота. Цель — улучшить рост растений на основе этих генов и стимулировать развитие устойчивого, «дружественного к растениям» земледелия, особенно для зерновых культур, включая биоэнергетические травы.
Исследование «Robust biological nitrogen fixation in a model grass-bacterial association» опубликовано в мартовском номере журнала The Plant Journal за 2015 год.