Полученные данные имеют значение для повышения эффективности использования азота в растениях, снижения зависимости от удобрений.
[penci_related_posts title=”Вам также может быть интересно” number=”4″ style=”list” align=”none” displayby=”cat” orderby=”random”]
Специалистам по растениям давно известно, что урожайность пропорциональна дозе азотных удобрений, но более широкое использование удобрений является дорогостоящим и вредным для окружающей среды. До настоящего времени основные механизмы, с помощью которых растения регулируют свой рост в соответствии с дозой азота, неизвестны – ключевой факт, который может помочь ускорить рост растений и ограничить использование удобрений.
В новом исследовании, опубликованном в Слушаниях Национальной академии наук ( PNAS ), ученые по геноме растений в Центре геномики и системной биологии Нью-Йоркского университета обнаружили недостающую часть в молекулярной связи между восприятием растением дозы азота в окружающей среде. и зависящие от дозы изменения в его биомассе.
Используя новый подход, исследователи из Нью-Йоркского университета изучили, как увеличение дозы азота приводит к изменениям в экспрессии генома растений в зависимости от времени. Затем они использовали математические модели для исследования скорости изменения мессенджерной РНК (мРНК) для тысяч генов в геноме в этой экспериментальной установке.
Исследователи обнаружили, что динамика ответов мРНК на дозу азота регулируется простыми принципами кинетики ферментов – скоростями реакций, катализируемых ферментами, – впервые описанными Michaelis-Menten в 1913 году. Действительно, авторы обнаружили, что кинетика Michaelis-Menten может точно моделировать скорость изменения экспрессии генов у 30 процентов генов, чувствительных к дозе азота.
«Согласно классической кинетической модели Михаэлиса-Ментена, изменение количества ферментов будет влиять на максимально возможную скорость реакции. Поскольку факторы транскрипции определяют скорость, с которой происходит транскрипция генов из ДНК в РНК, их можно напрямую сравнивать с каталитическими ферментами в модель Михаэлиса-Ментена. Это означает, что увеличение количества ключевых факторов транскрипции должно быть в состоянии повысить скорость экспрессии гена, зависящего от дозы азота, и, как следствие, скорость роста растения “, – сказала Глория Коруцци, Carroll & Milton. Петри, профессор кафедры биологии Нью-Йоркского университета и Центра геномики и системной биологии, и старший автор статьи.
Исследовательская группа обнаружила, что повышение уровня транскрипционного фактора TGA1 ускоряет скорость экспрессии генов, чувствительных к дозе азота, и скорость роста растений. Растения, которые сверхэкспрессировали TGA1, имели повышенные скорости роста в ответ на азот, достигая растительной биомассы в три раза больше, чем растения дикого типа.
«Моделируя кинетику транскриптома, лежащую в основе определения дозы азота, используя классический принцип кинетики Михаэлиса-Ментена, мы обнаружили регуляторный ген, повышенная экспрессия которого может стимулировать рост сельскохозяйственных культур в почвах с низким содержанием азота», – сказал Коруцци. «Поскольку TGA1 сохраняется в растениях, включая такие культуры, как рис, помидоры и пшеница, наши результаты имеют значение для повышения эффективности использования азота в сельскохозяйственных культурах, что может принести пользу сельскому хозяйству и устойчивому развитию».
Помимо Коруцци, авторами исследования являются Джозеф Свифт и Вивиана Араус из Нью-Йоркского университета, Хосе Альварес, мэр Университета в Чили, и Родриго Гутьеррес, Папский университет Католической Республики Чили. Эта работа была поддержана Фондом семьи Зегаров, Международной стипендией Бичелла-Борлауга и Национальным научным фондом (NSF-PGRP: IOS-1339362 и NSF-DBI-0445666).
Источник: Нью-йоркский университет
Фото: Piomic Medical