Откриването на ген, който регулира ъгъла на растеж на корените в царевицата, е нов инструмент, който позволява отглеждането на по-дълбоко вкоренени култури с повишена способност за усвояване на азот, според международен екип от изследователи, ръководен от Penn State.
Генът, наречен ZmCIPK15 - наименование, указващо къде се намира в генома и как функционира - беше установено, че липсва в естествено срещаща се мутантна царевична линия, която расте корени под по-стръмни ъгли, което ги кара да навлизат по-дълбоко. почвата. Те идентифицираха гена с помощта на техника, наречена изследване на асоцииране в целия геном, което включва старателен статистически анализ на набор от генетични варианти в целия геном в различни растителни линии, за да се види какви гени са свързани с дадена черта..
Идентифицирането на ген, който контролира ъгъла на растеж на корените в царевицата - влияещ върху дълбочината, до която корените се хранят - е важно, тъй като по-дълбоките корени имат по-голяма способност да улавят азот, според ръководителя на изследователския екип Джонатан Линч, изтъкнат професор по наука за растенията в Колежа по селскостопански науки на Penn State. Царевицата с повишена способност да усвоява азот има последици за световната околна среда, икономика и продоволствена сигурност, отбеляза той.
"Царевицата е най-важната култура в света. В богати страни като САЩ най-голямата енергийна, икономическа и екологична цена за отглеждане на царевица е азотният тор", каза Линч. „И повече от половината от азотния тор, приложен към царевицата, никога дори не се усвоява. Той просто се прахосва - измива се по-дълбоко в почвата, където замърсява подземните води, а част от него отива в атмосферата като парников газ, азотен оксид. Това е огромен проблем."
Обратно, в региони като Африка, където хората са по-зависими от царевицата за храна, почвите са с дефицит на азот и фермерите не могат да си позволят да купуват тор, ако той дори е наличен, добави Линч. Добивите от царевица в Африка са само част от това, което са в САЩ. По-дълбоко вкореняването на царевицата би помогнало на бедните страни да съберат повече храна с ограниченото количество азот, което имат.
За да открият гена, регулиращ ъгъла на корените, изследователи от Penn State са изследвали близо 500 линии царевица за четири години в Южна Африка. Полевите експерименти в Центъра за селскостопански изследвания Russell E. Larson на Penn State и оранжерийните експерименти в кампуса на University Park бяха проведени, за да се потвърди фенотипа на мутантните и дивия тип растения и да се тества функционалната полезност на промените в ъгъла на корена за улавяне на азот.
Корените на избрани растения бяха изкопани и измерени, потвърждавайки функционалното значение на гена ZmCIPK15. Това предизвика приблизително 10-градусова промяна в коренния ъгъл, отбеляза Хана Шнайдер, бивш постдокторант в лабораторията на Линч, сега член на факултета в университета Вагенинген в Холандия, който оглави изследването.
"Заедно с подобреното дълбоко усвояване на азот, очаквахме да видим, че по-стръмният ъгъл на растеж на корените на cipk15 мутанти ще доведе до по-добро представяне при суша, но в нашите експерименти това не доведе до подобрено водно състояние на растенията, " тя каза. „Въпреки това, това може да е само защото имаме трудности да симулираме условията на суша в Пенсилвания.“
В констатации, публикувани наскоро в Plant, Cell and Environment, изследователите съобщават, че по-стръмният ъгъл на растеж на корена значително подобрява улавянето на азот. При теренни проучвания при неоптимална наличност на азот, мутантът cipk15 с по-стръмни ъгли на растеж има 18% по-голяма биомаса на леторастите и 29% по-голямо натрупване на азот в леторастите в сравнение с дивия тип, след 70 дни растеж.
Резултатите от изследването отварят очите, посочи Линч, признавайки, че е бил изненадан от резултата. Доста необичайно е, когато избиеш нещо, растението се подобрява, обясни той. Защото растенията са като фино настроени машини.
"Изваждате ген от тази фино настроена машина, не очаквате тя да работи по-добре, но това показва, че ако извадите единичния ген, ще получите по-дълбоки корени и по-добро улавяне на азот, " той каза. „За Америка ето начин за намаляване на големи разходи и въздействие върху околната среда от производството на царевица. За Африка това откритие може да доведе до по-високи добиви от царевица, което ще намали продоволствената несигурност. И това откритие може да подкрепи откриването на гени, регулиращи по-стръмните ъгли на корените за други зърнени растения, особено тези, които са тясно свързани с царевицата, като сорго и перлено просо."
