Обнаружены варианты генов пшеницы и ячменя, улучшающие усвоение азота

Исследователи из Боннского университета обнаружили варианты гена сенсора нитратов NPF2.12, которые при низком содержании азота в почве запускают сигнальный каскад. Это приводит к усиленному росту корней и улучшению усвоения азота растениями. Исследование опубликовано в New Phytologist.

Исследование генотипов

  • Учёные изучили более 220 различных сортов пшеницы и ячменя за последние 60 лет селекции.
  • Растения выращивали на опытных участках с высоким и низким содержанием азота.
  • Анализировали архитектуру корней, содержание азота в листьях и зерне, а также провели полногеномный анализ для поиска связей между последовательностями ДНК и признаками.

Механизм действия гена NPF2.12

  • Определённые варианты этого гена заставляют растения развивать более крупную корневую систему при дефиците азота в почве.
  • Вероятно, белок, кодируемый геном, действует как сенсор. При низком уровне азота он "выключается", что косвенно увеличивает уровень сигнальной молекулы — оксида азота (NO).
  • Этот сигнальный каскад индуцирует рост корней, улучшая усвоение азота.
  • При низком азотном фоне и наличии полезных вариантов гена NPF2.12 в листьях и зерне обнаруживается повышенное содержание азота по сравнению с условиями высокого азотного питания.

Подтверждение в эксперименте

  • В лаборатории и теплице исследователи подтвердили роль NPF2.12, изучив растения пшеницы с дефектом в этом гене.
  • При дефиците азота линии с дефектным аллелем npf2.12 вели себя так же, как сорта с полезным вариантом гена.
  • Результаты показывают, что NPF2.12 является негативным регулятором. Снижение его экспрессии у соответствующих сортов приводит к усиленному росту корней и повышению содержания азота в побеге.

Значение для науки и селекции

Исследование относится к фундаментальной науке, но открывает возможности для селекции. По словам доктора Агима Балльворы, лучшее понимание генетики и молекулярной функции азотного сенсоринга ускорит выведение сортов с повышенной эффективностью использования азота (NUE). Для этого необходимо глубже изучить отдельные этапы сигнального каскада сенсора NPF2.12.