Bręsta ankštinių augalų revoliucija

Sąveikos principas

Mokslininkai išsiaiškino, kad cinkas vaidina lemiamą vaidmenį ankštinių augalų azoto įsisavinimo procese. Šis atradimas kartu su transkripcijos reguliatoriumi arba vadinamuoju nitratų fiksatoriumi (angl. Fixation Under Nitrate - FUN) gali pakeisti ankštinių augalų auginimą, optimizuojant pasėlių efektyvumą ir sumažinant priklausomybę nuo sintetinių trąšų. Suprasdami, kaip cinkas ir FUN reguliuoja azoto įsisavinimą, mokslininkai gali paspartinti azoto tiekimą, pagerinti pasėlių derlių ir skatinti tvaresnę žemės ūkio praktiką.

Ankštiniai augalai gali simbiotiškai sąveikauti su rizobijomis, kurios koncentruoja atmosferos azotą šaknų mazgeliuose. Tačiau mazgeliai yra jautrūs aplinkos veiksniams, tokiems kaip temperatūra, sausra, potvyniai, dirvožemio druskingumas ir didelė dirvožemio azoto koncentracija.

Cinko vaidmuo

Orhuso universiteto mokslininkai, bendradarbiaudami su Madrido politechnikos universitetu ir Europos sinchrotroninės spinduliuotės gamykla Prancūzijoje, išsiaiškino, kad ankštiniai augalai naudoja cinką kaip antrinį signalą, kad integruotų aplinkos veiksnius ir reguliuotų azoto absorbavimo efektyvumą.

„Nature“ paskelbtame tyrime mokslininkai išsiaiškino, kad FUN yra naujo tipo cinko jutiklis, kuris dekoduoja cinko signalus mazgeliuose ir reguliuoja azoto įsisavinimą. Čia skelbiama, jog RNR sekos (RNA-seq) analizė nustatė net 587 genus, kurių ekspresijos pokytis laukinio tipo mazgeliuose, veikiamuose nitratų, yra daugiau nei dvigubai didesnis.

„Tikrai nuostabu atrasti cinko, kaip antrinio signalo, vaidmenį augaluose. Tai gyvybiškai svarbus mikroelementas ir niekada anksčiau nebuvo laikomas signalu. Ištyrę daugiau nei 150 000 augalų, pagaliau nustatėme cinko jutiklį FUN, nušviečiantį šį žavų augalų biologijos aspektą“, – aiškina docentas Jieshun Lin, pirmasis tyrimo autorius.

Šiame tyrime mokslininkas nustatė, kad FUN yra svarbus transkripcijos veiksnys, kontroliuojantis mazgų irimą, kai dirvožemyje yra didelė azoto koncentracija: „FUN reguliuoja ypatingas mechanizmas, kuris tiesiogiai stebi ląstelių cinko lygį, o tuo mes parodome, kad FUN cinką inaktyvuoja į dideles gijų struktūras, išsivystydamas į aktyvią formą, kai cinko lygis yra mažas “, – aiškina profesorius Kasperas Riojkjaeras Andersenas.

Perspektyvos

Žvelgiant iš žemės ūkio perspektyvos, nuolatinis azoto įsisavinimas gali būti naudinga savybė, didinanti azoto prieinamumą tiek ankštiniams augalams, tiek auginamiems kitiems augalams, kurie priklauso nuo azoto, likusio dirvoje po ankštinių kultūrų auginimo. Tai padeda padėti pagrindus būsimiems tyrimams, kurie suteikia mums naujų būdų valdyti savo ūkininkavimo sistemas ir sumažinti azoto trąšų naudojimą bei jų poveikį aplinkai.

Šio tyrimo pasekmės yra reikšmingos. Suprasdami, kaip cinkas ir FUN reguliuoja azoto įsisavinimą, mokslininkai kuria strategijas, kaip optimizuoti šį procesą ankštinių augalų pasėliuose. Dėl to gali padidėti azoto tiekimas, padidėti pasėlių derlius ir sumažėti sintetinių trąšų poreikis, kas kenkia aplinkai ir ekonomikai.

Mokslininkai dabar tiria mechanizmus, kaip FUN generuoja ir dekoduoja cinko signalus. Jie nekantrauja pritaikyti šiuos naujus atradimus ankštiniams augalams - pupelėms, sojai bei žirneliams.