Недавно разработанная система удобрений обеспечит питание искусственным культурам хлопка во всем мире и смертельную дозу для сорняков, которые становятся все более устойчивыми к гербицидам, согласно исследованию Texas A&M AgriLife Research.
Новая система применяет фосфит к хлопковым культурам, разработанным для экспрессии определенного гена - гена, который делает хлопок способным перерабатывать фосфит в пищу, в то время как то же соединение подавляет сорняки, которые не могут его использовать, говорят исследователи.
«Наши исследователи из Texas A&M AgriLife решили проблему, которая обходится производителям в миллиарды долларов», - сказал д-р. Патрик Стовер, вице-канцлер по сельскому хозяйству и наукам о жизни в Texas A&M в Колледж-Стейшн и исполняющий обязанности директора AgriLife Research. «Это экономичное, экологически безопасное и устойчивое решение.
Стовер сказал, что это захватывающее и своевременное открытие в движении, направленном на то, чтобы опередить постоянную проблему сорняков, развивающихся быстрее, чем химические вещества и другие методы, разработанные для борьбы с ними.
«Мы считаем, что разработанная нами система ptxD/фосфит является одной из самых многообещающих технологий последнего времени, которая может помочь решить многие биотехнологические, сельскохозяйственные и экологические проблемы, с которыми мы сталкиваемся», - сказал доктор Кирти Ратор, Биотехнолог завода AgriLife Research в Колледж-Стейшн.
«Выборочное удобрение фосфитом позволяет беспрепятственному росту растений хлопчатника, экспрессирующих ген ptxD, подавляя рост сорняков» - так называется статья в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, которая будет опубликована 4 июня.
Фосфор является основным элементом, необходимым всем живым существам, без него жизнь невозможна. Большинство организмов могут использовать фосфор только в форме ортофосфата.
«Мы определили, что хлопчатник, экспрессирующий ptxD, может использовать фосфит в качестве единственного источника фосфора, в то время как сорняки не могут, что делает его эффективным для подавления роста сорняков», - сказал Ратор.
По его словам, трансгенные растения, экспрессирующие бактериальный ген ptxD, приобретают способность превращать фосфит в ортофосфат. Такие растения допускают избирательную схему удобрения, основанную на фосфите как единственном источнике фосфора для сельскохозяйственных культур, предлагая при этом эффективную альтернативу для подавления роста сорняков, которые не могут использовать эту форму фосфора».
В состав международной исследовательской группы под руководством Ратхора входят д-р Девендра Пандея, д-р Мадхусудхана Джанга, д-р Мутху Багаватианнан и ЛеЭнн Кэмпбелл, все из Texas A&M AgriLife в Колледж-Стейшн. Другими являются д-р Дамар Лопес-Арредондо и д-р Присцила Эстрелла-Эрнандес из StelaGenomics Inc. и д-р Луис Эррера-Эстрелла из Центра исследований и перспективных исследований Национального политехнического института, все в Ирапуато, Мексика.
"Мы можем и будем поставлять продукцию для наших производителей хлопка в Техасе и за его пределами в сотрудничестве с Cotton Inc. и партнерами", - сказал д-р Билл Маккатчен, исполнительный заместитель директора AgriLife Research в Колледж-Стейшн.
С сорняками обычно борются вручную, механически или химически. Однако, по его словам, возможности химической борьбы быстро сокращаются из-за увеличения числа устойчивых к гербицидам сорняков на посевных полях, и на горизонте мало альтернатив.
«За прошедшие годы стало совершенно ясно, что необходимы новые стратегии борьбы с сорняками для поддержания сельскохозяйственного производства при одновременном снижении нашей зависимости от гербицидов», - сказал Эррера-Эстрелла. «Существует острая необходимость в альтернативных системах подавления сорняков для поддержания продуктивности сельскохозяйственных культур, одновременно уменьшая нашу зависимость от гербицидов и обработки почвы."
Ратор, который занимается исследованиями генетического улучшения хлопка более 20 лет, сказал, что устойчивость сорняков к гербицидам является не только проблемой США, но и глобальной проблемой для производителей хлопка, кукурузы и соевых бобов.
Такое развитие событий также снимет некоторые негативные представления, связанные с использованием генов устойчивости к гербицидам и сильной зависимостью от гербицидов, сказал он.
Rathore также разработал растения хлопчатника, которые производят очень низкий уровень госсипола в семенах, чтобы улучшить аспекты безопасности и питательных свойств семян хлопка, но одновременно поддерживать нормальный уровень этого химического вещества в листве, цветочных частях, кожуре коробочек. и корни для защиты от насекомых и патогенов.
Ранее он опубликовал отчет, определяющий ptxD в качестве селективного маркерного гена для получения трансгенных растений хлопчатника. Ген ptxD, полученный из Pseudomonas stutzeri WM88, кодирует фермент, который превращает фосфит в ортофосфат, метаболизируемую форму фосфора, при экспрессии в трансгенных растениях.
Важно отметить, что система ptxD/фосфит доказала свою высокую эффективность в ингибировании роста устойчивого к глифосату амаранта Палмера, сказал Ратор. Устойчивость к современным технологиям у этого очень ядовитого сорняка начала проявляться на полях около 10-15 лет назад.
Результаты, представленные в нашей статье, ясно демонстрируют, что система ptxD/фосфит может служить высокоэффективным средством подавления сорняков на естественных почвах с низким содержанием фосфора, в том числе устойчивых к гербициду глифосату, при этом обеспечивая лучший рост растения хлопка, экспрессирующие ptxD, из-за меньшей конкуренции со стороны ослабленных сорняков», - сказал Ратор.
В отличие от сорняков, приобретающих устойчивость к гербицидам, маловероятно, что сорняки приобретут способность использовать фосфит в качестве источника фосфора.
Для того, чтобы сорняк приобрел способность использовать фосфит, один из его генов дегидрогеназы должен претерпеть сложный набор множественных мутаций в своей последовательности ДНК - это вряд ли произойдет из-за случайных мутаций, которые происходят во всех организмов, - сказал Ратор.
Другой важный момент, по его словам, по сравнению с фосфатом, фосфит обладает более высокой растворимостью и меньшей склонностью к связыванию компонентов почвы. Таким образом, если он применяется в надлежащем составе для предотвращения выщелачивания, можно использовать меньшие количества без ущерба для урожайности.
Даже если какое-то количество фосфита окажется в ручьях и реках и, в конечном итоге, в озерах и море, виды водорослей не смогут использовать его в качестве источника фосфора, что предотвратит цветение токсичных водорослей, убивающих рыбу и других существ. в водоемах», - сказал Эррера-Эстрелла.
Будущие исследования будут сосредоточены на тестировании ptxD-трансформантов на полях с низким содержанием фосфора, а также на оценке полезности фосфита в качестве первоклассного «гербицида», - сказал Ратор. Также необходимо изучить долгосрочное влияние использования фосфита в качестве источника фосфора на почвенную микрофлору в полевых условиях.