Tyrėjai įrodė, kad už biologinį azoto fiksavimą atsakingas genetinis mechanizmas gali būti perkeltas į naujas bakterijų padermes, suteikiant aiškesnį supratimą apie tai, kaip šis esminis žemės ūkio požymis plinta gamtoje, ir potencialiai atveria naujas galimybes sumažinti žemės ūkio priklausomybę nuo sintetinių azoto trąšų.
Išvados, paskelbtos mDabartinė biologijagegužės 28 d., daugiausia dėmesio skirkite laukinėms rhizobia{1}}dirvožemio bakterijoms, kurios sudaro simbiotinius ryšius su ankštiniais augalais, pvz., žirniais ir pupelėmis. Šios bakterijos paverčia atmosferos azotą formomis, kurias gali naudoti augalai, leidžiant ankštiniams augalams augti naudojant mažai arba visai be išorinių azoto trąšų. Mokslininkai teigia, kad tyrimas atskleidžia, kaip šią simbiozę reguliuojančius genus gali įgyti bakterijų linijos, kurioms anksčiau trūko galimybių, o tai yra pagrindinis žingsnis siekiant išplėsti biologinį azoto fiksavimą ir kitus augalus.
Simbiozės genetinio pagrindo supratimas
Tyrimas, kuriam vadovavo Angeliqua P. Montoya ir jo kolegos, nagrinėjo naujai besiformuojančių endosimbiotinių santykių evoliucinę genomiką laukinėje rizobijoje. Stebėdami, kaip azotą{2}}fiksuojantys genai juda tarp bakterijų populiacijų, mokslininkai sugebėjo nustatyti genetinius kelius, leidžiančius bakterijoms užmegzti sėkmingą partnerystę su augalais.
Azoto fiksacija ankštiniuose augaluose priklauso nuo specializuotų šaknų mazgelių, kur rizobijos gauna angliavandenius iš augalo šeimininko mainais į biologiškai fiksuotą azotą. Nors šis ryšys natūraliai vystėsi per milijonus metų, mokslininkai jau seniai ieškojo būdų, kaip panašias sistemas atkartoti ne-ankštiniuose augaluose.
Tyrimas pateikia naujų įrodymų, kad genetiniai bruožai, reikalingi simbiozei, gali išplisti tarp bakterijų giminių, o tai rodo, kad azoto{0}}fiksavimo partnerystės evoliucija gali būti lankstesnė, nei buvo suprasta anksčiau. Tokie atradimai galėtų padėti tyrėjams nustatyti genetines prielaidas, reikalingas panašiems ryšiams su javų pasėliais susijusiose bakterijose nustatyti.
Kodėl lūžis svarbus trąšų rinkoms
Biologinio azoto fiksavimo reikšmė neapsiriboja augalų biologija. Dauguma pagrindinių pasaulio augalų, -įskaitant kviečius, kukurūzus ir ryžius-negali surišti atmosferos azoto, todėl labai priklauso nuo azoto trąšų, pagamintų naudojant Haber-Bosch procesą.
Amoniako, azoto trąšų pagrindo, gamyba yra vienas iš daugiausiai energijos reikalaujančių pramoninių procesų{0}}pasaulyje ir jį vis dar labai veikia gamtinių dujų kainos, geopolitiniai sutrikimai ir prekybos apribojimai. Pastarojo meto nepastovumas trąšų rinkose, įskaitant tiekimo problemas, susijusias su Artimųjų Rytų laivybos maršrutais ir eksporto iš pagrindinių gamintojų šalių kontrolė, vėl paskatino susidomėjimą technologijomis, kurios galėtų sumažinti priklausomybę nuo sintetinio azoto.
Jei javų pasėliai galėtų gauti reikšmingą dalį azoto poreikio dėl biologinės fiksacijos, ilgalaikis -pasekmė trąšų poreikiui gali būti didelė. Nors toks perėjimas tebėra tolimas, jis pritraukė didelių investicijų iš žemės ūkio biotechnologijų įmonių, biologinių sąnaudų kūrėjų ir pagrindinių javų -maistinių medžiagų tiekėjų, ieškančių tvaresnių maistinių medžiagų-valdymo sprendimų.
Remiantis ankstesniais laimėjimais
Naujasis tyrimas papildo vis daugiau mokslinių tyrimų, kuriais siekiama suprasti molekulinius mechanizmus, reguliuojančius augalų{0}}mikrobų simbiozę. Ankstesni tyrimai nustatė specifinius augalinius baltymus, signalizacijos kelius ir kalcio -tarpininkaujamas reakcijas, kurios nustato, ar augalai priima ar atmeta azotą -fiksuojančias bakterijas.
Tyrėjai jau įrodė, kad modelių augaluose ir kai kuriose javų rūšyse, įskaitant miežius, yra modifikuotos koncepcijos-sąvokos modifikacijos, įskaitant miežius, ir įrodė, kad simbiotinio signalizacijos tinklo komponentais galima manipuliuoti. Tačiau pasiekti patikimą ir ekonomiškai prasmingą azoto fiksavimą pagrindiniuose javų pasėliuose tebėra vienas ambicingiausių žemės ūkio mokslo tikslų.
Dabartinės biologijos išvados suteikia papildomos perspektyvos, sutelkiant dėmesį į mikrobinę santykių pusę, atskleidžiant, kaip atsiranda azoto{0}}fiksavimo galimybės ir plinta tarp bakterijų populiacijų natūralioje aplinkoje.
Komercinis diegimas liko metų
Nepaisant mokslo pažangos, mokslininkai įspėja, kad praktinis žemės ūkio pritaikymas išlieka ilgalaikiu{0}}tikslu. Genų perdavimo ir simbiotinių gebėjimų laukinėse bakterinėse sistemose demonstravimas yra svarbus mokslo etapas, tačiau prieš tokius atradimus paverčiant komerciniais produktais, išlieka didelių iššūkių.
Biologinių trąšų sektorius per pastarąjį dešimtmetį pritraukė daug rizikos kapitalo ir įmonių investicijų, tačiau pramonė taip pat patyrė nesėkmių, nes įmonės stengiasi nuosekliai atkurti laboratorinių tyrimų rezultatus lauko sąlygomis. Siekti stabilios kolonizacijos, pakankamo azoto fiksavimo greičio ir ekonominės grąžos augintojams tebėra sudėtingas iššūkis.
Dėl to naujausios išvados greičiausiai neturės tiesioginės įtakos trąšų paklausai. Vietoj to, jie prisideda prie augančio mokslinio pagrindo, kuris ilgainiui galėtų paremti naujos kartos mikrobų technologijų, skirtų papildyti arba iš dalies pakeisti sintetinio azoto naudojimą, kūrimą.
Tolesni tyrėjų žingsniai
Kitas tyrimo etapas bus sutelktas į tai, ar laukinėje rizobijoje nustatyti genetiniai mechanizmai gali būti įtraukti į bakterijų rūšis, kurios natūraliai asocijuojasi su javų pasėlių šaknimis. Tada mokslininkai turi nustatyti, ar šios inžinerijos būdu sukurtos mikrobų bendruomenės gali aprūpinti pakankamai biologiškai fiksuoto azoto, kad komercinio ūkininkavimo sąlygomis duotų išmatuojamą agronominę naudą.
Sėkmė reikštų didelį pasėlių mitybos pokytį, kuris galbūt leistų ūkininkams sumažinti trąšų naudojimą išlaikant derlių. Tačiau kol kas darbas tebėra ankstyvas, bet pastebimas žingsnis siekiant vieno iš labiausiai ieškomų žemės ūkio-tikslų: sudaryti sąlygas pagrindinėms javų kultūroms gauti azotą per biologines partnerystes, o ne vien tik pagamintomis trąšomis.
