Широкое распространение химических азотных удобрений является одной из основных причин значительного повышения урожайности сельскохозяйственных культур за последние 50 лет. Однако за их использование приходится платить, поскольку азот, попадая в окружающую почву и воздух, оказывает негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, включая загрязнение воды, истощение плодородия почвы и выбросы парниковых газов.
Исследователи из «CIMMYT» и «JIRCAS» (Японского международного исследовательского центра сельскохозяйственных наук) изучили способы сокращения утечки азота в экосистемы с помощью процесса, называемого биологическим ингибированием нитрификации («BNI»), в статье Генетические различия среди элитных инбредных линий указывают на возможность селекции на «BNI»-способность кукурузы», опубликованной в журнале «Scientific Reports» 17 августа 2023 года.
«BNI» — это естественный процесс, происходящий в растениях и снижающий потери азота, что позволяет сократить потребность в удобрениях и сохранить сельскохозяйственные системы. При BNI корневая система растений выделяет антибиотические соединения, направленные на подавление действия нитрифицирующих микробов в почве, и, как следствие, снижается количество азота, теряемого окружающей экосистемой.
Продуктивность кукурузы остается ниже потенциальной, что отчасти объясняется неэффективным использованием азотных удобрений. Синтетические химические ингибиторы нитрификации могут снизить потери азота при выращивании кукурузы, однако высокая стоимость такого подхода ограничивает его применение.
Многие виды растений обладают активностью «BNI» в корнях. Поскольку благодаря активности «BNI» растения доставляют ингибиторы нитрификации из корневой системы непосредственно в почву, селекция на повышение активности «BNI» может стать практичным и экономичным подходом к снижению потребности и потерь азотных удобрений. Однако на ее эффективность влияют как генетика, так и взаимодействие с окружающей средой.
«Мы находимся на стадии открытия активности «BNI» и определяющих ее признаков у кукурузы. Такая информация крайне важна, чтобы проложить путь для программ селекции и генетических улучшений», — сказал Кевин Пиксли, соавтор статьи и бывший директор Программы генетических ресурсов «CIMMYT». «Нам необходимо определить генетические маркеры для «BNI»-соединений, включая «зеанон», что позволит селекционерам вывести сорта кукурузы, требующие меньшего расхода азотных удобрений и обеспечивающие высокую урожайность», — добавил он.
В ходе исследования было выявлено 18 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), которые служат генетическими «указателями» для селекционеров, позволяющими ускорить и повысить точность селекции для увеличения активности BNI в кукурузе. Исследователи также определили шесть «генов-кандидатов», ассоциированных с активностью BNI и связанных с эффективностью использования азота, тем самым расширив понимание генетики, контролирующей активность BNI.
«Наша идентификация «SNPs» и генов, регулирующих процесс переработки азота кукурузой, позволяет наметить «дорожную карту» для ученых, облегчающую разработку молекулярных маркеров для селекции на BNI в кукурузе, создавая в будущем сорта кукурузы, отвечающие потребностям фермеров и потребителей при более низких экологических показателях», — сказал старший автор исследования Сезар Петроли (Cesar Petroli). «На основе полученных результатов мы создаем гаплоидные двойные линии кукурузы, которые будут использоваться для картирования связей между популяциями в нашем следующем анализе», — сказал в завершение он.
Исследование проводилось в сотрудничестве с партнерами из «JIRCAS» и Университета Республики Уругвай (Universidad de la República, Uruguay).
Пишет «AgroPages»
