Группа исследователей проверила, как каждый ген в геноме риса - одной из самых важных основных сельскохозяйственных культур в мире - чувствует и реагирует на сочетание воды и питательных веществ. Его результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, потенциально указывают на способы выращивания сельскохозяйственных культур в почвах по всему миру, которые в настоящее время слишком сухие или им не хватает питательных веществ, необходимых для поддержания роста сельскохозяйственных культур.
«Изменения в дозах питательных веществ оказывают сильное влияние на экспрессию генов и рост растений», - объясняет Джозеф Свифт, докторант кафедры биологии Нью-Йоркского университета и ведущий автор исследования. «Один нерешенный вопрос заключается в том, реагируют ли организмы на изменения абсолютного количества питательных веществ по сравнению с их концентрацией в воде. Этот вопрос особенно актуален для растений, поскольку высыхание почвы может изменить концентрацию питательных веществ без изменения их абсолютного количества».
Поскольку питательные вещества, которые растения поглощают из почвы, всегда растворены в воде, предыдущие исследования не могли определить, ощущают ли организмы общее количество доступного питательного вещества или, скорее, его относительное количество, растворенное в воде.
В исследовании Nature Communications ученые, работающие в Центре геномики и системной биологии Нью-Йоркского университета, рассмотрели этот вопрос, поместив проростки риса в экспериментальную матрицу с различными азотными и водными условиями, которые могли бы проанализировать различные эффекты воды и азот - ключевое питательное вещество для растений - влияет на рост риса. С помощью вычислительного анализа ответов более 50 000 генов, обнаруженных в геноме риса, команда обнаружила, что, хотя некоторые гены растений контролировались в ответ на количество азота или воды по отдельности, другие специфически реагировали на их комбинацию.
Затем исследователи хотели выяснить, влияют ли эти результаты, полученные на выращенных в лаборатории саженцах риса, на производство риса в реальных сельскохозяйственных условиях. Для этого команда отправилась на Филиппины и в сотрудничестве с исследователями из Международного научно-исследовательского института риса провела полевые испытания риса в течение двух вегетационных сезонов. В полевых условиях они обнаружили, что гены, реагирующие одновременно и на азот, и на воду, связаны с количеством зерна, производимого рисом.
«Эти гены могут помочь в выращивании сельскохозяйственных культур, для выращивания которых требуется не только меньше питательных веществ, но и меньше воды», - отмечает Глория Коруцци, профессор Центра геномики и системной биологии Нью-Йоркского университета и старший автор статьи.«Потенциально это может привести к тому, что многие маргинальные почвы по всему миру - слишком сухие или бедные питательными веществами для выращивания сельскохозяйственных культур - станут более жизнеспособными в сельском хозяйстве. потепление и изменение климата."
Исследование было частично поддержано грантами Национального научного фонда (NSF-DBI-0445666, NSF-IOS-1840761), а также Фондом семьи Зегар и Международной программой ученых Бичелла-Борлоуга.