Азотные удобрения (вносимые в виде нитратов, NO3-, или аммонийных, NH4+) улучшают количество зерна, производимого на акр, но азотные стоки и улетучивание загрязняют воду и воздух. Производство азотных удобрений также использует ископаемое топливо. Основные зерновые культуры (такие как рис и пшеница) используют только около 40% внесенных удобрений, остальное теряется в воздухе, воде и почвенных микробах. Применение азотных удобрений задерживает цветение, оставляя культуры уязвимыми к поздним холодам, что может ухудшить налив зерна. Признаки, которые увеличивают количество зерна, производимого растениями, и позволяют зерновой культуре рано созревать, улучшат урожайность, а также важны как для двойных/тройных систем посевов, так и для расширения географического ареала риса в регионах с более высокими широтами. Хотя эти признаки окажутся ценными для зерновых культур, селекционеры не добились больших успехов в этой области.
Теперь, недавняя работа с основным культурным растением рисом (Oryza sativa) определила переносчик нитратов (NRT), который может обеспечить решение проблемы использования азота/цветения. В растении различные NRT перемещают азот из почвы в корни и перемещают соединения азота по всему растению. Некоторые НЗТ также определяют уровень азота и вызывают реакцию. Исследование Вана и др., опубликованное в The Plant Cell, показало, что OsNRT1.1A риса может влиять как на использование азота, так и на время цветения. У мутантных линий, лишенных этого транспортера, снижена утилизация нитратов и аммония. Мутанты показали более низкую индукцию генов, связанных с поглощением и транспортом нитратов и аммиака; это указывало на то, что OsNRT1.1A действует как переносчик и сенсор азота в растениях. Интересно, что мутанты дали на 80% меньше зерна, чем обычный рис, и зацвели позже.
Чтобы повысить урожайность и время цветения, авторы создали линии риса, которые продуцировали дополнительное количество OsNRT1.1A. Растения со сверхэкспрессией OsNRT1.1A росли выше, были зеленее и производили больше биомассы по сравнению с обычным рисом, выращенным на том же количестве азота. Эти растения также вытягивали больше нитратов и аммония из среды в экспериментах по гидропонике. В многолетних полевых испытаниях растения со сверхэкспрессией OsNRT1.1A показали повышение урожайности более чем на 30% (и до 60%) на полях с высоким и низким уровнем азотных удобрений. Более того, эти растения зацвели на одну-две недели раньше, чем контрольные растения риса.
Автор корреспонденции Ченгцай Чу заявляет: «В течение примерно 100 лет использование азотных удобрений было одним из наиболее эффективных факторов, способствующих повышению урожайности. По оценкам, более 120 миллионов тонн азота используется во всем мире в качестве удобрения. ежегодно, что в значительной степени способствует загрязнению азотом. Внесение азота в высоких дозах также оказывает пагубное воздействие на сельскохозяйственные культуры, такое как задержка цветения и, следовательно, удлинение времени созревания. OsNRT1.1A может обеспечить решение конфликта между увеличением азотного питания и ранним временем созревания, которые являются двумя наиболее желательными чертами для сельскохозяйственного производства».
Любопытно, что сверхэкспрессия этого НЗТ из видов трав также улучшала урожайность семян и использование азота у широколиственных растений, модельного двудольного арабидопсиса. Эти многообещающие результаты, показанные в лаборатории и проверенные в течение нескольких лет и в нескольких местах в полевых условиях, указывают на то, что манипуляции с экспрессией OsNRT1.1A могут повысить урожайность и ускорить цветение, два из наиболее важных признаков, которые ищут в усилиях по селекции растений в большом количестве. многие виды сельскохозяйственных культур.