Идеальное поле: Изучение газонной травы Чемпионата мира может помочь культурам получать больше при меньших затратах

 

Трава, как известно, устойчива. Но Paspalum vaginatum, вид, более известный как морской паспалум, может переносить стрессы, разнообразные и достаточно смертоносные, чтобы соперничать с верблюдами и кактусами.

Соленость? Это все еще того стоит. Засуха? Не хочу пить. Жара? Не парься. Холодно? Это может охладить.

Как насчет 22 футболистов, которые будут бегать, пинать и скользить по нему на чемпионате мира 2022 года, и все это в условиях пустынного климата Ближнего Востока? Игра начинается.

Коммерческая разновидность морского паспалума заполнила все поля в Катаре. Там он выдерживал каждый шаг Месси, Мбаппе и Неймара, каждый солнечный день, когда температура поднималась до 80 градусов по Фаренгейту.

 

Благодаря новому исследованию, проведенному Университетом Небраски-Линкольна и опубликованному в Nature Communications, прибрежный паспалум вскоре может способствовать достижению другой цели: выращиванию культур, которые дают больше продовольствия при меньшем количестве удобрений, что накладывает расходы на фермеров, экосистемы и питьевую воду.

Глобальное применение удобрений, особенно азота и фосфора, необходимых для роста растений, резко возросло с середины 20-го века, примерно в то время, когда подросток Пеле привел Бразилию к своему первому титулу чемпиона мира. Как оказалось, прибрежный паспалум также не нуждается в большом количестве этих питательных веществ. Это отличает его от некоторых его удивительно близких родственников: кукурузы и сорго, а также других травянистых культур.

После секвенирования полных генетических чертежей выносливой травы исследовательская группа из нескольких учреждений обнаружила набор хитростей, лежащих в основе метода голодания растения. Более того, исследователям удалось воспроизвести эти приемы на проростках кукурузы, которые отреагировали тем, что выросли быстрее и крупнее, чем другие немодифицированные проростки, лишенные питательных веществ.

"Мы, наконец, начинаем понимать, что именно делает это растение таким устойчивым", - сказал Джеймс Шнейбл, один из авторов исследования и профессор агрономии Чарльза О. Гарднера в Небраске.

Этот вид по-настоящему заинтриговал Шнабла и его коллег после впечатляющей выставки в инновационной теплице Небраски, где его, казалось, не волновало, что его смотрители пренебрегают им.

"Был период, когда никто не вспоминал о необходимости поливать растение паспалум в течение нескольких месяцев", - сказал Шнабл. "Но растение было в полном порядке. На самом деле, он обычно растет так быстро, что пытается проникнуть в горшки с соседними растениями, и управляющему теплицей приходится кричать на меня или сотрудников моей лаборатории, чтобы они спустились и обрезали его ".

Гуанчао Сун, выпускник докторантуры и бывший постдок в Небраске, тоже обратил на это внимание. Он решил проверить устойчивость морского паспалума с помощью эксперимента, выращивая его рядом с кукурузой и сорго в течение нескольких недель в различных условиях. Когда кукурузе и сорго было отказано в азоте или фосфоре, это проявилось в их замедленном развитии. Прибрежный паспалум, тем временем, продолжал "счастливо расти".

К счастью, лаборатория Шнабле также работала с Объединенным институтом генома Министерства энергетики, Университетом Джорджии и Институтом биотехнологии Гудзоналфа над картированием генома вида. Эти шаги расчистили путь к более детальному изучению толерантности seashore paspalum.

Анализ его генов и экспрессии генов позже показал, что трава реагирует на нехватку питательных веществ примерно удвоением выработки молекулы сахара, называемой трегалозой. Хотя кукуруза и сорго естественным образом вырабатывают часть этой молекулы, команда не увидела изменений в ее производстве среди двух культур, испытывающих недостаток питательных веществ.

Хотя полученные данные свидетельствовали о том, что трегалоза играет центральную роль в жизнестойкости растения, Сан и команда настаивали на доказательствах, которые могли бы выдержать более тяжелое бремя доказывания. "Что, если, - подумали они, - мы могли бы увеличить содержание трегалозы в кукурузе, а затем наблюдать за результатами?" Но нанесение трегалозы непосредственно на урожай оказалось неэффективным.

"Поэтому я подумал об этом с противоположной точки зрения", - сказал Сан, который сейчас работает биоинформатиком в клинике Майо. "Если я не могу поставлять трегалозу растениям, что, если я остановлю ее разложение на этих растениях?"

Он обратился к антибиотику, который может ингибировать фермент, ответственный за разложение трегалозы. План сработал: подавление фермента привело к повышению уровня трегалозы в кукурузе. Через несколько дней он заметил, что урожай растет больше — независимо от того, был ли он лишен питательных веществ. Результаты были настолько поразительны для Сана, что вскоре он повторил эксперимент несколько раз. Каждый раз кукуруза реагировала одинаково.

Но у команды были основания подозревать, что толерантность также зависит от аутофагии — того, что Шнабл назвал "программой переработки" в растительных клетках, которая разбирает старые или поврежденные белки, а затем повторно собирает их в свежие, функционирующие. В конце концов, исследователи разработали мутант кукурузы, которому не хватало способности участвовать в заключительной стадии этой переработки. Даже при избытке трегалозы мутант не смог процветать при недостатке азота или фосфора, что указывает на аутофагию как на столь же важный аспект устойчивости.

"Есть еще другие вещи, которые нужно сделать", - сказал Сан, прежде чем команда составит полную картину толерантности seashore paspalum мирового класса. Однако он считает, что это лишь вопрос времени, когда исследователи идентифицируют гены, кодирующие более высокую трегалозу.

"И если бы вы могли (внедрить) эту геномную область в другие элитные сорта кукурузы — скажем, в кукурузу с высокой урожайностью, но действительно чувствительную к стрессу питательных веществ, — возможно, теперь вы получите и высокую урожайность, и высокую устойчивость", - сказал он.

На данный момент Сан сказал, что он рад наслаждаться достижениями команды. В истинном стиле Чемпионата мира известие о том, что исследование команды было принято к публикации, вызвало несколько слез, несколько объятий. А почему бы и нет? Квалификация к чемпионату мира 2022 года, возможно, и стартовала в 2019 году, но исследовательская группа приступила к своему проекту годом ранее.

"Это было долгое, очень долгое путешествие", - сказал Сан. "Честно говоря, это тоже повысило мою устойчивость".

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (16.12.2022)
Просмотров: 27 | Рейтинг: 0.0/0