Азот является жизненно важным питательным веществом для растений, и, хотя его в воздухе много, они могут вытащить его из-под земли - отсюда и потребность в искусственном удобрении. Но теперь исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали бактерии, которые могут эффективно высасывать азот из воздуха, а долгосрочная цель - разработать культуры, которые могут сделать то же самое.
Около 78 процентов земной атмосферы состоит из азота, и семейство бобовых относится к числу немногих растений, которые могут использовать этот богатый ресурс (известный как фиксация азота). Подавляющее большинство полагается на поглощение питательных веществ через их корни, но их в почве часто не хватает, что требует внесения удобрений в сельскохозяйственные культуры.
Развивающиеся растения, которые могут по существу «удобрять» себя через воздух, могут стать огромным благом для сельского хозяйства и окружающей среды. В недавней работе исследователи разработали растения сои, чтобы иметь больше азотопереносящих белков, которые толкнули растения в овердрайв. Другой метод, наполнение семян азотфиксирующими бактериями, можно применять практически к любому растению.
Подобные бактерии были в центре внимания нового исследования. Исследователи WUSTL решили выделить азотфиксирующие гены в цианобактериях. В частности, они сосредоточились на виде, известном как Cyanothece, который использует циркадный ритм для фотосинтеза в течение дня и фиксирует азот ночью.
Исследователи из команды, слева: Химадри Пакраси, Мишель Либертон, Дэн Лю и Майтрайи Бхаттачарья-Пакраси. Фото: Joe Angeles/Washington University
Команда определила, какие гены были ответственны в течение этих биологических часов, и вплела их в другие виды цианобактерий Synechocystis, чтобы определить, смогут ли они получить способность к фиксации азота. И конечно же, да.
После удаления кислорода, который образуется при фотосинтезе и препятствует фиксации азота, а также после добавления 35 новых генов, Synechocystis смог зафиксировать азот с значением около двух процентов от способности Cyanothece. Не здорово, но это начало. Но избавляясь при работе от ошибок, команда увеличила эффективность, когда удалила некоторые из добавленных генов: всего лишь 24 гена Cyanothece, и фиксация азота цианобактериями Synechocystis увеличилась до более чем 30 процентов от Cyanothece.
«Это означает, что инженерный план осуществим», - говорит Химадри Пакраси (Himadri Pakrasi), ведущий исследователь в этой работе. «Должен сказать, это достижение было выше моего ожидания».
Исследование является шагом на пути к конечной цели команды - найти способ генетически спроектировать растения, способные фиксировать азот. Это может увеличить урожайность сельскохозяйственных культур и уменьшить потребность в удобрениях, которые могут быть экологически дорогостоящими для производства и опасны, когда они попадают в естественные водные пути.
Исследование было опубликовано в журнале mBio.
Источник: New Atlas / Washington University in St Louis
