Новый ген повышает урожайность риса и эффективность использования удобрений

Международная группа учёных из Оксфордского университета и Китайской академии наук открыла ген, который увеличивает урожайность риса и эффективность использования азотных удобрений.

Контекст и проблема

  • Современные высокоурожайные карликовые сорта (Green Revolution Varieties, GRV), созданные в ходе «Зелёной революции», дают больше зерна за счёт увеличения числа продуктивных побегов (кущения).
  • Это кущение дополнительно стимулируется внесением азотных удобрений.
  • Однако удобрения дороги и наносят значительный экологический ущерб. Создание новых сортов, сочетающих высокую урожайность с пониженной потребностью в азоте, — ключевая задача для устойчивого сельского хозяйства.

Ключевое открытие

Исследование, опубликованное на обложке журнала Science, впервые идентифицировало ген, который помогает достичь этой цели.

  • Учёные обнаружили ген, который активируется в ответ на азот, что приводит к накоплению в клетках растения белка NGR5.
  • Накопленный NGR5 выключает гены-ингибиторы кущения, изменяя структуру хроматина, что и увеличивает число продуктивных побегов.

Механизм и синергия

  • Профессор Николас Харберд отметил, что NGR5 контролирует множество генов в геноме риса, отвечающих за различные реакции растения на азот.
  • Кущение у современных сортов также стимулируется накоплением другого белка — DELLA, уровень которого регулируется гормоном гиббереллином (GA).
  • Исследование показало, что GA также снижает накопление NGR5, а рост побегов — результат сложного взаимодействия белков NGR5 и DELLA.

Практический результат

  • Учёные предположили, что дальнейшее увеличение накопления NGR5 может повысить урожайность при меньшем количестве удобрений.
  • Эксперимент подтвердил: увеличение уровня NGR5 привело к росту числа побегов и урожайности элитного сорта риса, особенно при низком уровне внесения удобрений.

Значение и перспективы

  • NGR5 становится главной мишенью для селекционеров, стремящихся повысить урожай и эффективность использования удобрений.
  • Цель — обеспечить рост производства зерна для растущего населения мира с меньшим экологическим ущербом.
  • Это открытие — пример того, как фундаментальные исследования механизмов роста растений в ответ на азот могут быстро привести к стратегиям селекции для продовольственной безопасности и новой «зелёной революции».