С помощью робототехники, компьютеров и передовой генетики исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе и лаборатории Колд-Спринг-Харбор выясняют, как корни растений поглощают и метаболизируют азот, который является ключом к росту растений и урожайности. Их последняя работа опубликована 24 октября в журнале Nature.
«Азотистый обмен невероятно важен для роста», - говорит Шивон Брэди, доцент кафедры биологии растений Калифорнийского университета в Дэвисе и старший автор статьи. Изобретение азотных удобрений более ста лет назад позволило значительно увеличить производительность сельского хозяйства, чтобы накормить миллиарды людей. Но в то же время сток избыточных пестицидов в почву, водные пути и океаны имеет много негативных последствий.
Понимание генов, которые контролируют, как растения поглощают и используют азот, такие ученые, как Брейди, надеются дать селекционерам инструменты для создания сортов сельскохозяйственных культур, которые нуждаются в меньшем количестве удобрений или лучше их используют.
«Мы знаем гены, участвующие в ассимиляции и транспортировке азота, но мы не понимаем всех способов, которыми регулируется метаболизм азота», - сказал Брейди.
Более того, большинство этих регуляторных генов, называемых факторами транскрипции, поскольку они контролируют транскрипцию (или активность) других генов, были идентифицированы в стеблях, побегах и листьях, но не так много в корнях, куда на самом деле попадает азот. в растение из почвы.
Наука в корне
Лаборатория Брейди стремится открыть сети генов, которые определяют, как живут и растут корни растений. Поскольку азот так важен для растений, аспирант Эллисон Годинье и Брейди предположили, что факторы транскрипции азотистого метаболизма также связаны с другими важными процессами.
Годинье использовал робототехнику для одновременного скрининга факторов транскрипции сотен генов, собирая их в сеть. Адъюнкт-профессор Дорин Уэр и ее коллеги из лаборатории Колд-Спринг-Харбор использовали вычислительные методы, чтобы предсказать, какие гены являются наиболее важными в сети. Затем команда Калифорнийского университета в Дэвисе могла изучить роль этих генов в растениях.
Результаты устанавливают основной набор генов, которые имеют решающее значение для метаболизма азота, сказал Брейди. «Если мы хотим вывести азотоэффективные растения, нам нужно изучить эти гены», - сказала она. «Это откроет множество исследований».
Ware - ученый из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США. Другими авторами статьи являются: из Калифорнийского университета в Дэвисе Джоэл Родригес-Медина, Анн-Маарит Богман, Джессика Форет, Мишель Тан, Баохуа Ли, Дэниел Ранси и Дэниел Дж. Клибенштейн; Лифанг Чжан, Эндрю Олсон и Кристоф Лизерон-Монфис из Cold Spring Harbour Laboratories, Нью-Йорк; Шейн Эббитт, Бо Шен и Мэри Дж. Франк, DuPont Pioneer, Джонстон, Айова.
Работа выполнена при поддержке DuPont Pioneer при дополнительной поддержке Национального научного фонда, Медицинского института Говарда Хьюза и стипендий Калифорнийского университета.