Как ускорить рост растений без увеличения количества азотных удобрений — исследование

13.05.2020

Удобрения

1090

Ученым-растениеводам известен тот факт, что урожайность сельскохозяйственных культур пропорциональна дозе азотных удобрений. Однако повышенное использование удобрений является дорогостоящим и вредным для окружающей среды. До сих пор неизвестны основные механизмы, с помощью которых растения регулируют свой рост в соответствии с дозой азота. Об этом сообщает информационный портал PHYS.ORG

В новом исследовании ученые по геномике растений из Центра геномики и системной биологии Нью-Йоркского университета обнаружили недостающую часть в молекулярной связи между восприятием растением дозы азота в окружающей среде и дозозависимыми изменениями в его биомассе. Результаты исследования могут ответить на вопрос, как увеличить рост растений и ограничить использование удобрений.

Фото:phys.org

Взяв за основу новый подход, исследователи из Нью-Йоркского университета изучили, как возрастающие дозы азота создают изменения в геномной экспрессии растений в зависимости от времени. Затем они использовали математические модели для исследования скорости изменения мессенджерной РНК (мРНК) для тысяч генов в пределах генома до этой экспериментальной установки.

Исследователи обнаружили, что динамика реакций мРНК на дозу азота определялась простыми принципами ферментативной кинетики-скоростями реакций, катализируемых ферментами, впервые описанными Михаэлисом-Ментеном в 1913 г. Авторы исследования обнаружили, что Кинетика Михаэлиса-Ментена может точно моделировать скорость изменения экспрессии генов в 30% реагирующих на дозу азота генов.

«Согласно классической кинетической модели Михаэлиса-Ментена, изменение количества ферментов будет влиять на максимальную скорость возможной реакции. Поскольку факторы транскрипции определяют скорость, с которой происходит транскрипция генов из ДНК в РНК, их можно напрямую сравнить с каталитическими ферментами в модели Михаэлиса-Ментена. Это означает, что увеличивается обилие ключевых факторов транскрипции он должен быть в состоянии повысить скорость экспрессии генов, зависящих от дозы азота, и, как следствие, скорость роста растений».

Глория Коруцци - автор исследования, профессор Нью-Йоркского университета

Исследовательская группа обнаружила, что повышение уровня транскрипционного фактора TGA1 ускоряло темпы экспрессии, реагирующих на дозу азота генов и скорость роста растений.

«Моделируя кинетику транскриптома, лежащую в основе определения дозы азота, используя классический принцип кинетики Михаэлиса-Ментена, мы обнаружили регуляторный ген, повышенная экспрессия которого может стимулировать рост культур в низкоазотистых почвах. Поскольку TGA1 сохраняется в растениях, включая такие культуры, как рис, помидоры и пшеница, наши выводы имеют последствия для повышения эффективности использования азота в сельскохозяйственных культурах, что может принести пользу сельскому хозяйству и устойчивости».

Глория Коруцци - автор исследования, профессор Нью-Йоркского университета

Растения, которые чрезмерно экспрессировали TGA1, увеличивали скорость роста в ответ на азот, достигая биомассы растений в три раза больше, чем растения дикого типа.