Истраживачи су показали да се генетска машинерија одговорна за биолошку фиксацију азота може пренети у нове сојеве бактерија, пружајући јасније разумевање како се ова кључна пољопривредна особина шири у природи и потенцијално отварајући нове путеве за смањење ослањања пољопривреде на синтетичка азотна ђубрива.
Налази, објављени уЦуррент Биологи28. маја, фокусирајте се на дивље ризобије{1}}бактерије у земљишту које формирају симбиотске односе са махунаркама као што су грашак и пасуљ. Ове бактерије претварају атмосферски азот у облике које биљке могу да користе, омогућавајући махунаркама да расту са мало или без спољашњег азотног ђубрива. Научници кажу да студија баца светло на то како гени који управљају овом симбиозом могу бити стечени од стране бактеријских линија које раније нису имале ту способност, што је кључни корак ка проширењу биолошке фиксације азота на друге усеве.
Разумевање генетске основе симбиозе
Студија, коју су водили Ангеликуа П. Монтоиа и колеге, испитала је еволуциону геномику новонасталих ендосимбиотских односа у дивљим ризобијама. Праћењем како се гени за{2}}фиксирање азота крећу између бактеријских популација, истраживачи су успели да идентификују генетске путеве који омогућавају бактеријама да успоставе успешна партнерства са биљкама.
Фиксација азота у махунаркама зависи од специјализованих коренских нодула, где ризобије добијају угљене хидрате из биљке домаћина у замену за биолошки фиксиран азот. Иако је овај однос природно еволуирао милионима година, научници су дуго тражили начине да реплицирају сличне системе у усевима који нису-махунарке.
Истраживање пружа нове доказе да се генетске особине потребне за симбиозу могу проширити на бактеријске лозе, што сугерише да еволуција партнерстава за{0}}фиксирање азота може бити флексибилнија него што се раније схватало. Таква открића могу помоћи истраживачима да идентификују генетске предуслове потребне за успостављање сличних односа код бактерија повезаних са житарицама.
Зашто је пробој важан за тржишта ђубрива
Значај биолошке фиксације азота превазилази биљну биологију. Већина главних светских усева-укључујући пшеницу, кукуруз и пиринач-не могу да фиксирају атмосферски азот и стога у великој мери зависе од азотних ђубрива произведених Хабер-Бошовим процесом.
Производња амонијака, основа азотних ђубрива, један је од енергетски{0}}најинтензивнијих индустријских процеса на глобалном нивоу и остаје веома изложена трошковима природног гаса, геополитичким поремећајима и трговинским ограничењима. Недавна нестабилност на тржиштима ђубрива, укључујући забринутост у вези са снабдевањем везаном за блискоисточне транспортне руте и контролу извоза из главних земаља произвођача, обновила је интересовање за технологије које би могле да смање зависност од синтетичког азота.
Ако би усеви житарица могли да добију значајан удео у својим потребама за азотом путем биолошке фиксације, дугорочне-импликације на потражњу за ђубривима могле би бити значајне. Иако је таква транзиција и даље далека, привукла је значајна улагања пољопривредних биотехнолошких компанија, развијача биолошких инпута и главних{2}}снабдевача хранљивих материја који траже одрживија решења-за управљање хранљивим материјама.
Надовезујући се на претходни напредак
Нова студија доприноси растућем броју истраживања чији је циљ разумевање молекуларних механизама који управљају симбиозом биљних{0}}микроба. Ранија истраживања су идентификовала специфичне биљне протеине, сигналне путеве и калцијум{2}посредоване одговоре који одређују да ли биљке прихватају или одбацују бактерије које-фиксирају азот.
Истраживачи су већ показали доказ-о-модификацијама концепта у моделним биљкама и неким врстама житарица, укључујући јечам, показујући да се компонентама симбиотске сигналне мреже може манипулисати. Међутим, постизање поуздане и економски смислене фиксације азота у главним житарицама остаје један од најамбициознијих циљева у пољопривредној науци.
Налази Цуррент Биологи пружају комплементарну перспективу фокусирајући се на микробну страну односа, откривајући како се појављују и шире способности за фиксирање азота{0}} међу популацијама бактерија у природном окружењу.
Комерцијална примена остаје годинама
Упркос научном напретку, истраживачи упозоравају да практичне пољопривредне примене остају-дугорочни циљ. Демонстрирање преноса гена и симбиотске способности у дивљим бактеријским системима представља важну научну прекретницу, али остају значајни изазови пре него што се таква открића могу превести у комерцијалне производе.
Сектор биолошког ђубрива је привукао значајан ризични капитал и корпоративне инвестиције током протекле деценије, али је индустрија такође искусила неуспехе јер се компаније боре да доследно репродукују лабораторијске резултате у условима на терену. Постизање стабилне колонизације, довољних стопа фиксације азота и економских приноса за узгајиваче остаје сложен изазов.
Као резултат тога, мало је вероватно да ће најновија открића имати непосредан утицај на потражњу ђубрива. Уместо тога, они доприносе растућој научној основи која би на крају могла да подржи развој микробних технологија следеће{1}}генерације дизајниране да допуне или делимично замене примене синтетичког азота.
Следећи кораци за истраживаче
Следећа фаза истраживања ће се фокусирати на то да ли се генетски механизми идентификовани у дивљој ризобији могу увести у бактеријске врсте које се природно повезују са коренима житарица. Научници тада морају утврдити да ли ове конструисане микробне заједнице могу да обезбеде довољно биолошки фиксираног азота да би пружиле мерљиве агрономске користи у условима комерцијалне пољопривреде.
Успех би представљао велику промену у исхрани усева, потенцијално омогућавајући пољопривредницима да смање употребу ђубрива уз одржавање приноса. За сада, међутим, посао остаје рани, али значајан корак ка једном од најтраженијих циљева пољопривреде-: омогућавање великим усевама житарица да добију азот кроз биолошка партнерства уместо да се у потпуности ослањају на произведена ђубрива.
