Ученым-растениеводам известен тот факт, что урожайность сельскохозяйственных культур пропорциональна дозе азотных удобрений. Однако повышенное использование удобрений является дорогостоящим и вредным для окружающей среды. До сих пор неизвестны основные механизмы, с помощью которых растения регулируют свой рост в соответствии с дозой азота. Об этом сообщает информационный портал PHYS.ORG.
В новом исследовании ученые по геномике растений из Центра геномики и системной биологии Нью-Йоркского университета обнаружили недостающую часть в молекулярной связи между восприятием растением дозы азота в окружающей среде и дозозависимыми изменениями в его биомассе.
Результаты исследования могут ответить на вопрос, как увеличить рост растений и ограничить использование удобрений.
Взяв за основу новый подход, исследователи из Нью-Йоркского университета изучили, как возрастающие дозы азота создают изменения в геномной экспрессии растений в зависимости от времени. Затем они использовали математические модели для исследования скорости изменения мессенджерной РНК (мРНК) для тысяч генов в пределах генома до этой экспериментальной установки.
Исследователи обнаружили, что динамика реакций мРНК на дозу азота определялась простыми принципами ферментативной кинетики-скоростями реакций, катализируемых ферментами, впервые описанными Михаэлисом-Ментеном в 1913 году. Авторы исследования обнаружили, что Кинетика Михаэлиса-Ментена может точно моделировать скорость изменения экспрессии генов в 30% реагирующих на дозу азота генов.
«Согласно классической кинетической модели Михаэлиса-Ментена, изменение количества ферментов будет влиять на максимальную скорость возможной реакции. Поскольку факторы транскрипции определяют скорость, с которой происходит транскрипция генов из ДНК в РНК, их можно напрямую сравнить с каталитическими ферментами в модели Михаэлиса-Ментена. Это означает, что увеличивается обилие ключевых факторов транскрипции он должен быть в состоянии повысить скорость экспрессии генов, зависящих от дозы азота, и, как следствие, скорость роста растений», - говорит Глория Коруцци, автор исследования, профессор Нью-Йоркского университета.
Исследовательская группа обнаружила, что повышение уровня транскрипционного фактора TGA1 ускоряло темпы экспрессии, реагирующих на дозу азота генов и скорость роста растений.
Растения, которые чрезмерно экспрессировали TGA1, увеличивали скорость роста в ответ на азот, достигая биомассы растений в три раза больше, чем растения дикого типа.
