Исследователи из Оксфордского университета (Великобритания), Нанкинского сельскохозяйственного университета (Китай) и Института генетики и биологии развития Китайской академии наук идентифицировали главный регулятор, который управляет балансом роста корней и побегов растений при нехватке питательных веществ. В полевых испытаниях рис с улучшенной версией гена показал повышение урожайности до 24%.
Обычно культуры реагируют на дефицит азота усилением роста корней для поиска питательных веществ, но это происходит в ущерб побегам и зерну. До сих пор молекулярный механизм этого переключения оставался неизвестным.
В новом исследовании ученые не только нашли ответственный ген, но и доказали, что управление им позволяет рису сохранять рост побегов и урожайность даже при низком уровне азота. Эксперимент показал, что если у риса отключить такой ген, корни перестают усиленно расти, а побеги слабеют даже при избытке удобрений. И наоборот: растения с его усиленной работой росли лучше, а пропорции роста сохранялись вне зависимости от количества азота.
Просканировав больше 3 тыс. сортов риса, команда выделила природную версию гена с наиболее сильной экспрессией и ввела ее в слабые растения. В трех испытаниях в Китае рис с улучшенным геном давал более высокие урожаи при низких дозах удобрений. Урожайность выросла на 23,7% при низкой норме азота и на 19,9% при высокой.
Команда выяснила, что ген работает по-разному в побегах и корнях. В побеге он активирует другой ген, стимулирующий ветвление. В корнях этот ген активирует поглощение азота и мешает сборке белкового комплекса, который подавляет гормон роста, в результате корни развиваются лучше. Работа опубликована в журнале Science.
Рис — основная пища для более чем половины населения Земли, но его урожаи страдают от изменения климата: каждый градус потепления в сезон выращивания снижает урожайность более чем на 8%. Азотные удобрения составляют до трети затрат рисоводов и сами усугубляют климатический кризис. Новый подход, позволяющий сохранять урожаи при меньшем использовании удобрений, может существенно повлиять на глобальную продовольственную безопасность. Следующим шагом ученых будет проверить, можно ли использовать аналогичные гены у пшеницы и кукурузы.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в России придумали, как бороться с грибком на пшенице без химии.
