Азот жизненно важен для всех растений: он является важным строительным блоком для всех их белков и необходим для метаболических процессов, необходимых им для выживания. Удобрения, содержащие азот, используются для поддержки роста растений и повышения урожайности, но избыток азота, который не поглощается растениями, наносит ущерб окружающей среде, попадая в ручьи, озера и прибрежные воды или попадая в атмосферу в виде парникового газа.
Ученые-растениеводы и традиционные селекционеры давно работают над созданием растений, максимально эффективно использующих питательные вещества в почве, такие как азот. Адъюнкт-профессор лаборатории Колд-Спринг-Харбор Дорин Уэр, ученый из Службы сельскохозяйственных исследований (ARS) Министерства сельского хозяйства США, поднимает этот вопрос на новый уровень точности.
«Мы искали белки, которые контролируют экспрессию генов, участвующих в метаболизме азота в растениях - генов, участвующих в поглощении азота через корни и транспорте азота через ткани», - объясняет Уэр. «Эти белки и гены, которые они контролируют - эти сети - могут меняться в зависимости от того, сколько азота доступно в почве».
Большинство белков, регулирующих гены, которые до сих пор были связаны с метаболизмом азота, контролируют основные процессы, от которых зависят растения независимо от наличия азота. С другой стороны, сети, которые регулируют транспорт азота и метаболизм по мере необходимости, остаются в значительной степени неизведанными.
В новом исследовании, опубликованном 24 октября в журнале Nature, Уэр и ее команда использовали молекулярные эксперименты и вычислительные подходы для определения набора генных регуляторов, которые растения могут использовать для изменения использования азота. Сотрудники Калифорнийского университета в Дэвисе проверили этих потенциальных игроков, оценив, как растения справляются без них, когда не хватает азота.
Хотя многие из регуляторов генов в списке оказались необязательными, когда растения выращивались с достаточным количеством азота, исследователи обнаружили, что устранение некоторых из них у растений, которые росли в условиях дефицита азота, приводило к задержке роста и деформации корней.
Эта работа указывает Уэр и ее коллегам на сети генов, которые помогают удерживать азот в нужных местах в нужное время. Это может открыть возможности для выращивания растений, которые лучше приспособлены к различным условиям окружающей среды.
«Углубившись в гены, участвующие в метаболизме азота, может оказаться, что мы можем настроить различные гены растений и помочь им использовать доступный азот и процветать в различных условиях окружающей среды», - говорит Уэр..