14.07.2014

Биологи узнали, как выращивать растения без удобрений
Три ученых из Мичиганского технологического университета в ходе работы   по выявлению ключевых генов в развитии корневой системы деревьев тополя, разработали новую модель того, как гены взаимодействуют и влияют на функции друг друга.

Они также выявили сеть генов, которые вызывают хороший рост корней  тополя на землях с низким содержанием азота в почве, что делает их идеальными кандидатами для производства биотоплива насаждений плантаций на неосвоенных землях.

Исследование Хойронга Вэя, Йордана Йорданова и Виктора Бусова было опубликовано в международном журналу «New Phytologist». В статье под названием «Нехватка азота способствует  росту корней тополя через глобальное транскриптомное перепрограммирование и активацию иерархической генетической сети».

Когда исследователи Мичиганского технологического университета начали изучать вопрос о том, как азот  — широко используемый в качестве сельскохозяйственного удобрения — влияет на рост корней растений, их целью было найти способы получения растений, которые требуют меньше азота.

Современная практика внесения азотных удобрений в почву не является экологически или экономически разумной, — рассказывает Бусов, изучающий функциональную геномику развития растений. — Только 30 процентов удобрения используется растениями.

Остальное идет в грунтовые воды. Азот изменяет почву и вызывает рост водорослей, парниковых газов и насекомых, таких как комары, которые несут болезни людям.

Ученые хотели вырастить более эффективно использующие азот растения, тогда потребуется меньше азота  в качестве удобрения. Но сначала ученые  должны были открыть секрет в генетических механизмах, лежащих в основе роста корней растений.

Никто не знал  механизмов реакции растений на низкое содержание азота, — продолжает Бусов.

Исследователи решили изучать тополя, потому как это одна из основных культур для биотоплива.

В геноме тополя десятки тысяч генов. Это был настоящий вызов ученым, ведь они должны были определить, какие гены влияют на регулирование роста корней в условиях низкого азота и как они действуют друг на друга.

Молекулярный биолог Вэй применил свои знания в области информатики для составления биологических наборов данных.

Он взял на себя задачу по распутыванию взаимодействия более чем 61000 генов путем поиска «высоко  иерархического регулятора», «главного» гена.

В своей лаборатории в Мичиганском университете, Бусов и Йорданов   посадили саженцы тополя в почве с нормальным уровнем азота. Затем они пересадили их в среду, которая не содержала почти никаких следов азота.

Что случилось?

Удивительно, корни становились все больше и больше,-  рассказывает  Йорданов. — Мы считаем, что корни искали азот. Но в чем же заключается генетический механизм этого роста?

Ученые провели серию экспериментов в тех же экспериментальных условиях для идентификации генов, участвующих в наблюдаемых  изменениях.

Они обнаружили 9198 генов, которые производятся в  существенно различных количествах или видами белков в шесть различных периодов.

Выполняя генетический анализ сети, ученые сузили область поиска к горстке ключевых генов, которые, оказалось, контролируют большую часть из 9198 других.

Дальнейший анализ  сконцентрировался на гене под названием PtaNAC1.

Когда мы изменяем этот ген, реагирует вся сеть и корни растут на 58 процентов больше, чем в контрольной группе,-  делится  Бусов.

Так что Вэй смог создать действующую модель того, как гены работают вместе.

Представьте себе производство, а в  нижней части иерархии вы найдете рабочих. Они отвечают перед бригадиром, который отчитывается перед менеджером, и так далее, пока не дойдете до президента. Если вы хотите использовать несколько рабочих для сложной работы, вы начнете с общения с президентом , который пойдет с инструкциями вниз, — поясняет Вэй.

Бусов уподобляет процесс работе машины:

Существует главный переключатель, который включает двигатель.  Двигатель активирует другие коммутаторы, которые приводят в движение  все маленькие винтики и передачи, так машина делает то, что должна. И работа Вэя по составлению генетической сети дала нам один из таких «переключателей».

Теперь, когда ученые выявили генетические «двигатели» тополей , они смогут работать, чтобы развивать новые сорта растений, которые будут процветать на маргинальных землях.

Мы хотим вырастить тополя, которые будут еще более эффективными в  среде с низким содержанием азота, — говорит Йорданов.

Также существует ряд дополнительных преимуществ в выращивании растений в почвах с низким содержанием азота. Они могут высасывать избыток азота после удобрения почвы из грунтовых вод.

Это хорошо не только для растений, но и для всей природы, — заключают исследователи.

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

7 + 4 =