Азот — ключевой элемент для роста растений, но традиционные азотные удобрения часто оказываются неэффективными и наносят вред экологии. Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе нашли способ заставить пшеницу самостоятельно поддерживать процесс азотфиксации, стимулируя почвенные бактерии производить натуральное удобрение. С помощью технологии редактирования генов CRISPR они увеличили выработку растением особого соединения, которое активирует бактерии в почве. Это открывает новые перспективы для более чистого, экономичного и устойчивого сельского хозяйства во всем мире.
Подробнее об открытии
Исследователи изучили 2800 химических веществ, вырабатываемых растениями, и выявили 20 из них, которые могут способствовать образованию биоплёнок с азотфиксирующими бактериями. Затем группа исследовала, как растения синтезируют эти соединения, и идентифицировала гены, участвующие в этом процессе. Подключив инструмент редактирования генов (CRISPR), они адаптировали растения пшеницы к выработке большего количества соединения флавона, называемого апигенином, и получили самоудобряющуюся пшеницу. Конечно, работы еще ведутся и говорить об окончании эксперимента рано, но полученные результаты уже очень оптимистичны. Калифорнийский университет подал заявку на патент, которая в настоящее время находится на рассмотрении. Финансирование исследования обеспечили компания Bayer Crop Science и Фонд Уилла Лестера Калифорнийского университета в Дэвисе.
Как это работает: в двух словах
Азотфиксирующие бактерии вырабатывают фермент, называемый нитрогеназой, который иногда называют «фиксатором» азота. Он функционирует только внутри этих бактерий и только в среде с низким содержанием кислорода. Бобовые культуры, такие как фасоль и горох, естественным образом образуют на корнях клубеньки, которые создают условия с низким содержанием кислорода, необходимые этим бактериям.
У пшеницы и большинства других культур такие клубеньки отсутствуют, поэтому широко используются синтетические азотные удобрения. Десятилетиями учёные пытались вывести злаковые культуры, образующие активные корневые клубеньки, или заселить злаки азотфиксирующими бактериями, но без особого успеха.
Поскольку растения производят больше апигенина, чем им необходимо, избыток апигенина попадает в почву. В ходе экспериментов этот апигенин стимулировал почвенные бактерии к образованию защитных биоплёнок, позволяя нитрогеназе фиксировать азот в доступной для усвоения пшеницей форме.
Источник: исследование опубликовано в журнале Plant Biotechnology Journal, подробно:
