Niujorko universiteto mokslininkai nustatė baltymą, kuris veikia kaip molekulinis azoto pasisavinimo augaluose stabdymo signalas, atradimas, kuris ilgainiui gali suteikti selekcininkams genetinį tikslą vystyti augalus, kurie naudoja daug efektyviau trąšas. Tyrimas, paskelbtas The Plant Cell, sutelktas į transkripcijos faktorių, vadinamą HHO5.
Kaip HHO5 veikia kaip azoto stabdys
NYU komanda nustatė, kad HHO5 praneša augalui, kai jis sugeria pakankamai azoto ir gali nustoti daugiau paimti iš dirvožemio. Kai azoto lygis augale pasiekia slenkstį, HHO5 ekspresija pakyla ir sukelia pasroviui vykstančių genų pokyčių kaskadą, kuri veiksmingai išjungia pasisavinimo mechanizmus. Baltymai specifiškai reaguoja į organinį azotą, kurį augalai naudoja dideliais atstumais transportuoti, saugoti ir sintetinti aminorūgštis, būtinas žmogaus mitybai.
„Nustatydami genų reguliatorius, kurie yra jautrūs įvairiems azoto lygiams ir tipams, atskleidėme reguliavimo veiksnį, kontroliuojantį azoto naudojimą ir raktą, padedantį pagerinti azoto pasisavinimą ir asimiliaciją į organinį azotą augaluose“, – sakė Gloria Coruzzi, Carroll ir Milton Petrie profesorė Niujorko universiteto Biologijos ir sistemologijos katedroje. tyrimo autorius.
Kodėl azoto efektyvumas yra svarbus trąšoms?
Pasaulyje pasėliams sunaudojama tik apie 30–50 % laukuose išberiamų azoto trąšų. Likusi dalis patenka į vandens kelius kaip nitratų nuotėkis arba patenka į atmosferą kaip azoto oksidas, šiltnamio efektą sukeliančios dujos, maždaug 300 kartų stipresnės už anglies dioksidą. Azoto naudojimo efektyvumo didinimas gamyklų lygmeniu yra vienas iš tiesiausių būdų sumažinti tiek išlaidas trąšoms, tiek žalą aplinkai.
Dabartiniai metodai, skirti pagerinti azoto naudojimo efektyvumą, visų pirma sutelkti į dirvožemio pusę: lėtai{0}}atsiskiriančios dangos, nitrifikacijos inhibitoriai ir tikslus dengimo laikas. HHO5 atradimas atveria papildomą kelią, nukreipdamas į pačios gamyklos reguliavimo laidus. Jei selekcininkai gali pakeisti, kaip agresyviai HHO5 sustabdo azoto pasisavinimą, pasėliai gali ištraukti daugiau azoto iš dirvožemio prieš įsijungiant stabdžiui ir taip sumažinti nepanaudotų trąšų kiekį.
Nuo laboratorijos atradimo iki pritaikymo lauke
Tyrimo grupė nustatė, kad skirtingos azoto formos turėjo skirtingą poveikį HHO5 ekspresijos lygiams. Neorganinis azotas, forma, tiesiogiai absorbuojama iš trąšų, sukėlė kitokį atsako modelį nei organinis azotas. Šis skirtumas yra svarbus, nes rodo, kad signalizacijos kelias yra pakankamai niuansuotas, kad veisėjai galėtų jį tiksliai-sureguliuoti nesutrikdydami kitų medžiagų apykaitos procesų.
NYU pateikė patentinę paraišką, apimančią tyrimus ir galimą jų panaudojimą gerinant augalų azoto naudojimo efektyvumą. Universitetas neatskleidė diskusijų dėl licencijų, tačiau patentas rodo komercinius ketinimus.
Atradimas pasiekiamas tuo metu, kai azoto trąšų kainos visame pasaulyje išauga. JAV mažmeninės karbamido kainos rugpjūčio pradžioje vidutiniškai siekė 594 USD už toną, remiantis USDA duomenimis, ir sumažėjo tik nežymiai nuo metų vidurio piko, kurį nulėmė Hormūzo sąsiaurio sutrikimas. Bet koks genetinis patobulinimas, leidžiantis pasėliams išgauti daugiau vertės iš kiekvienos panaudoto azoto tonos, tiesiogiai paveiktų ūkio ekonomiką.
Auganti azoto efektyvumo tyrimų sritis
NYU darbas atitinka platesnę azoto efektyvumo tyrimų bangą. Liepos mėn. paskelbtame Purdue tyrime nustatytas genetinis jungiklis, kontroliuojantis azoto fiksaciją sojos pupelėse, o Vašingtono valstijos universiteto mokslininkai gegužės mėn. pranešė, kad azotą fiksuojantys genai gali būti perduodami tarp bakterijų padermių. Įmonės, įskaitant Pivot Bio, Intrinsyx Bio ir Kula Bio, komercializuoja mikrobiologinius metodus, skirtus biologiniam azoto fiksavimui.
HHO5 radinys išsiskiria tuo, kad dėmesys skiriamas paties augalo signalizacijai, o ne dirvožemio mikrobiomui. Tai taikoma visiems augalams, o ne tik ankštiniams augalams, taikomam reguliavimo taškui, o tai reiškia, kad bet koks patobulinimas teoriškai gali būti taikomas pagrindinėms javų kultūroms, įskaitant kukurūzus, kviečius ir ryžius.
Vis dėlto transkripcijos faktoriaus atradimo pavertimas komercine pasėlių veisle paprastai trunka dešimtmetį ar daugiau. Tiesioginė vertė yra tai, kad augalų mokslininkams suteikiamas konkretus, gerai-apibūdintas genetinis tikslas, su kuriuo jie gali dirbti, kai jie siekia veislių, kurios tiekia daugiau grūdų vienam panaudoto azoto vienetui.
