Bitkilerin Besin Maddesi Dağıtımı Konusunda Çığır Açan Araştırma

Çoğu insan fungal kelimesini düşündüğünde, düşünceler genellikle iyi değildir ve aslında yararlı olanlardan daha fazla zarar veren özellikleri akla gelir.

Oysa mantarlar, bitki yaşamının büyümesi ve gelişmesinde kritik bir rol oynar ve milyonlarca yıldır var. Bilim adamları, kara bitkilerinin yaklaşık% 90’ıyla uyum içinde yaşayan ve kök sistemlerinde anahtar rol oynayan arbusküler mikorizal (AM) mantarların, büyümeye yardımcı olmak için gerekli fosfatı bitkilere taşımaktan sorumlu olduğunu uzun zamandır biliyorlar.

Ancak şimdi, Teksas Tech Üniversitesi’nin Ovası ve Toprak Bilimi Bölümü’ndeki Mahsul Abiyotik Stres Toleransı için Genomik Enstitüsü (IGCAST) ve Nanjing Ziraat Üniversitesi’nin Bitki Genetiği ve Germplasm Eyalet Anahtar Laboratuvarı’ndan bir bilim insanı ekibinin keşfi sayesinde. Güçlendirme, bu simbiyotik rol daha da ileri gidebilir.

Nanjing Ziraat Üniversitesi’nden Profesör Guohua Xu, Prof. Aiqun Chen ve Dr. Huimin Feng ve Başkanın Seçkin Bitki Genomiği Profesörü ve IGCAST Direktörü Luis Herrera-Estrella ve yardımcı doçent Damar López-Arredondo’nun yer aldığı bu araştırma ekibi, AM mantarlarının aynı zamanda bitkiye bir nitrojen tedarikçisi olarak hareket ettiğini, nitratların mantarlardan bitkiye taşınmasından sorumlu olan proteinin (NPF4.5) ve bu simbiyotik nitrat yolunun ve proteinin işlevinin bu tür mahsullerde mevcut olduğunu keşfetti. pirinç ve muhtemelen diğer birçok bitki türü.

Kısa süre önce Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) tarafından yayınlanan “OsNPF4.5 nitrat taşıyıcısının fonksiyonel analizi bitkilerde nitrojen kazanımının korunmuş mikorizal yolunu ortaya koymaktadır” başlıklı makaleden elde edilen sonuçlar.

Xu, mantar kolonizasyon verimliliğinin, bitki büyümesinin teşvik edilmesinin ve besin alımının artırılmasının sürdürüldüğünü ve hatta yüksek fosfat bastırılmış kolonizasyonun tersi olan yüksek nitrojen tedarik seviyelerinde geliştirildiğini, mikorizal yolun N kullanım verimliliğini artırmaya genel katkısını gösterdiğini vurguladı. çeşitli N mevcudiyetinde.

Bu keşif, mahsul üretimi için gerekli azotlu gübre miktarında bir azalmaya izin veren çığır açan tarımsal uygulamalara yol açabilir, bu da tarım kimyasallarının kullanımını azaltarak üretim maliyetlerini düşürmeye ve çevreye fayda sağlayacaktır.

Herrera-Estrella, “Çalışmamızda, nitrat taşıyıcının birçok bitki türünde bulunduğunu ve mısır, sorgum ve diğer bazı bitki türlerinde mikorizal birleşme ile aktive edildiğini gösterdik” dedi. “Verilerimize dayanarak, nitrat taşınmasının çoğu bitki türünde olmasa da birçok bitki türünde gerçekleştiğini ve proteinin bu süreçte kilit bir rol oynadığını öneriyoruz.”

Yüz milyonlarca yıl önce, bitkiler sucul kökenlerden ayrılıp kara kütlelerini ele geçirmeye başladığında, güçlü bir kök sisteminden yoksun olmaları su ve besin elde etmede bir engel haline geldi. Herrera-Estrella, fosilleşmiş kanıtların, evrim sürecinin başlarında, kara bitkilerinin mikorizal mantarlarla ilişki geliştirdiğini, bu da mineral beslenmesini ve su emilimini kolaylaştırarak ve biyotik ve abiyotik streslere toleransı artırarak konakçı bitkilerin uyumluluğunu iyileştirmeye yardımcı olduğunu gösterdiğini söyledi.

Herrera-Estrella, geçmiş araştırmaların, bitkiler ve AM mantarları arasındaki simbiyotik ilişkinin, düşük fosfat mevcudiyetine sahip toprakta en aktif olduğunu ve yüksek seviyelerde mevcut besinlerle toprakta bastırıldığını keşfettiğine dikkat çekti. Bu, yüksek oranda döllenmiş ekili mahsullerin, mikoriza nedeniyle ciddi şekilde azalmış veya tamamen bastırılmış bir etki gördüğü anlamına gelir.

Araştırmanın amacı, mikorizanın bitkiye nitrojen gibi diğer besinleri sağlayıp sağlayamayacağını belirlemekti. Dolaylı kanıtlar, mantarların bitkiye bir nitrojen kaynağı olarak amonyum (NH4 +) sağlayabildiğini, ancak aerobik topraktaki mikroplar tarafından hızla nitrata (NO3-) dönüştürüldüğünü göstermiştir. Bu, çoğu toprak koşulunda bitkiye sağlanan baskın N formunun nitrat olduğu anlamına gelir.

Nitrat transfer kabiliyetini test etmek için, araştırmacılar, mantarların nitratı alma kapasitesini belirlemek için nitrojen izotopları kullandılar ve onu alım için tesise teslim ettiler. Araştırmacılar ayrıca, mikorizal mantarlarla birleştiğinde pirinç köklerinde spesifik olarak aktive edilen geni (NPF4.5) belirlediler ve bu genin, bu taşıma genine sahip olmayan pirinç mutantları üreterek nitrat dağıtımındaki rolünü belirleyebildiler.

Chen, “Gen etkisiz hale getirildiğinde bitkinin mantarlardan alabileceği nitrat miktarının büyük ölçüde azaldığını gördük,” dedi. “Böylece, NPF4.5’in mantarlardan bitkiye nitrojenin taşınmasında önemli protein olduğunu işlevsel olarak doğruladık. Mikoriza olmadan NPF4.5 proteinlerini zenginleştiren pirinç bitkilerini üretmek için bitki dönüşümünü de kullandık. Biz bu transgenik bitkilerin, tarımda kullanım için büyük bir potansiyele sahip olan nitrat içeren ortamda yetiştirildiklerinde normal bitkilerden daha fazla biyokütle üretebildiklerini ve daha yüksek nitrojen alım verimliliği gösterebildiklerini buldu. “

Araştırmacılar, bitki ve mantarlar arasındaki mikorizal ilişkiyi içeren pirincin, mikorizal yoldan dolayı nitrojeninin% 40’ından fazlasını alabildiğini ve spesifik nitrat taşıyıcı gen NPF4.5’in mikorizal nitrat alımının yaklaşık% 45’ini oluşturduğunu tahmin ediyor.

López-Arredondo, projedeki sonraki adımların transgenik bitkileri tarla koşullarında test etmek ve bitki mantarlarla birleştiğinde NPF4.5 nitrat taşıyıcı genini özel olarak etkinleştiren mekanizmaları derinlemesine anlamak ve kimyasal sinyalleri keşfetmek olacağını söyledi. mantarlar bitkiye bunu ve muhtemelen bu etkileşim için gerekli olan diğer besin taşıyıcı genleri spesifik olarak etkinleştirmek için gönderir.

Meksika’da Cinvestav Emeritus Profesörü ve ABD Ulusal Bilimler Akademisi üyesi olan Herrera-Estrella, “Bu, Texas Tech ve Nanjing Ziraat Üniversitesi arasındaki ilginç ve verimli bir işbirliğidir”, “Bu tür bir uluslararası işbirliği ilerlemeyi hızlandırabilir. bilim. “