Селекционеры кратно увеличат урожайности сои, если смогут контролировать количество клубеньков на корнях соевого растения, поскольку клубеньки отвечают за фиксацию атмосферного азота
Увеличение урожайности сои является важным фактором для пропитания населения мира, которое, как ожидается, к 2050 году превысит 9 миллиардов человек.
В недавнем выпуске журнала Science, Цзянсин Ма, профессор кафедры агрономии Университета Пердью, и его коллеги сообщают о потенциальном методе увеличения образования клубеньков, основанном на открытиях, связанных с РНК в ризобиях, почвенных бактериях, необходимых для формирования корневых клубеньков. Они описывают, как ризобия подавляет гены сои, которые, в свою очередь, подавляют образование клубеньков.
Полученные данные предлагают ученым генетические цели для создания новых линий сои, способных получать еще больше необходимого им азота из атмосферы.
«Люди, как правило, добавляют азотные удобрения для увеличения урожая сои, но это не совсем верное решение, так как удобрение подавляет образование клубеньков. Чтобы увеличить потенциал урожайности растения, важно повысить эффективность нодуляции и фиксации азота. Мы продемонстрировали в условиях опыта, что ризобия может продуцировать небольшие РНК, которые мешают функционированию определенных ограничивающих генов сои. Контроль над этими процессами может увеличить количество получаемого атмосферного азота соей для повышения урожайности», - говорит Ма.
Ученые выяснили, что соевые бобы имеют гены, подавляющие образование клубеньков. Ризобия заставляет «замолчать» эти гены с помощью небольших РНК, коротких нуклеотидных последовательностей, разрушающих генетические коды в генах сои, подавляющих образование клубеньков.
Ряд подходов, включая технологию редактирования генов CRISPR, подтвердил версию ученых. Когда мелкие РНК блокировались от воздействия на гены сои, у растений появлялось меньше корневых клубеньков. Когда гены сои были «выбиты», у растений появилось больше клубеньков.
Цзянсин Ма показывает разницу между корнями сои, в которых гены, подавляющие клубеньки, «выбиты» технологией редактирования генов CRISPR-Cas9 (слева) и неизмененными корнями (справа), где гораздо меньше клубеньков. (Фото Purdue Farm Communication / Том Кэмпбелл).
Используя эти результаты, селекционеры могут разрабатывать соевые бобы и другие бобовые культуры, связывающие больше атмосферного азота. Это приведет к повышению урожайности и минимизированию вносимых азотных удобрений.
Ма уже подал предварительный патент на генетическую технологию, связанную с открытием. «Впервые мы продемонстрировали функцию малых РНК бактерий в коммуникации между растениями сои и бактериями для лучшего понимания этих широко распространенных симбиотических отношений», - отметил Ма.
