Ученые нашли ответ на этот вопрос, идентифицируя гены-переносчики молибдата и определив их функцию.
В исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, группа ученых из Китайской академии наук сообщает об идентификации ключевых генов, контролирующих концентрацию молибдена в побегах соевых бобов, и раскрыли тайну того, как молибденовые листовые удобрения повышают урожайность соевых бобов.
Молибден – микроэлемент, необходимый для роста растений. Для зернобобовых растений, особенно сои, молибденовое удобрение важно. Часто полагают, что высокая потребность бобовых растений в молибдене связана со значительным количеством этого вещества, необходимого для симбиотической азотфиксации. Однако эта гипотеза, по-видимому, противоречит практическому применению внекорневых молибденовых удобрений, поскольку клубеньковая азотфиксация происходит в корне. Кроме того, ученым ранее не было ясно, демонстрируют ли разные сорта сои естественные различия в использовании молибдена, и если да, то как такие потенциальные различия могут повлиять на производство сои и как такие различия можно использовать.
Текущее исследование, в котором участвуют команда Чао Дайиня в Центре передового опыта в области молекулярных наук о растениях Китайской академии наук (CAS) и группа Тянь Чжиси в Институте генетики и биологии развития CAS, помогает ответить на эти вопросы.
Используя полногеномное исследование ассоциаций и иономику, ученые идентифицировали два гена, GmMOT1.1 и GmMOT1.2, которые контролируют естественные вариации поглощения и транспорта молибдата в соевых бобах.
Путем дальнейшего анализа они выявили пять основных гаплотипов GmMOT1.1 и GmMOT1.2 в сортах сои, при этом гаплотип 5 демонстрировал самую высокую экспрессию и способность транспорта молибдена, а гаплотип 4 - самую низкую экспрессию и способность транспорта. Серия генетических и молекулярных экспериментов впоследствии показала, что GmMOT1.1 и GmMOT1.2 участвуют в поглощении молибдата корнями и транспорте молибдата от корня к побегу.
Исследователи также заметили, что когда функция GmMOT1.1 и GmMOT1.2 была нарушена, содержание молибдена и урожайность соевых бобов значительно снижались. Напротив, улучшение их функции существенно улучшило использование молибдена и урожайность сои.
Интересно, что исследователи обнаружили, что GmMOT1.1 и GmMOT1.2 не влияют на азотфиксирующую способность корневых клубеньков или другие процессы ассимиляции азота в соевых бобах. В листьях сои они обнаружили молибденсвязывающую альдегидоксидазу, которая катализирует синтез ауксина, и ее каталитическая активность зависит от содержания молибдена.
Когда функция GmMOT1.1 и GmMOT1.2 усиливается, концентрация молибдена в листьях увеличивается, способствуя синтезу ауксина и росту листьев, что в конечном итоге увеличивает урожайность сои. Этот результат прекрасно объясняет, почему распыление молибденового удобрения непосредственно на листья может повысить производство сои в сельском хозяйстве.
Кроме того, исследователи обнаружили, что распределение различных гаплотипов этих двух генов тесно связано с pH почвы.
Гиперфункциональные гаплотипы в основном распространены в кислых почвах с низким содержанием молибдена, тогда как гипофункциональные гаплотипы, как правило, встречаются в щелочных почвах с высоким содержанием молибдена. Этот результат предполагает, что эти два гена можно использовать для разработки молекулярных маркеров для выведения индивидуальных сортов сои, адаптированных к различным уровням pH почвы.
Исследование раскрывает генетическую основу, лежащую в основе естественных вариаций содержания молибдена в соевых бобах, и механизм, посредством которого внекорневые молибденовые удобрения повышают урожайность сои в бобовых культурах, а также идентифицирует молекулярные маркеры для индивидуальной селекции сои на основе pH почвы. В целом, это обеспечивает прочную научную основу для дальнейшей оптимизации выращивания сои и стратегий селекции для выращивания сортов сои с эффективным использованием питательных веществ.
(Источник: Chinese Academy of Sciences. Автор: Лю Цзя. Автор изображения: Анна Медведева, AgroXXI.ru).
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.