Исследователи выяснили, что ген ptxD придает рапсу способность использовать «неперевариваемый» фосфит и дает конкурентное преимущество против даже самых агрессивных сорняков, которые под воздействием фосфита сильно ослабевают и чахнут.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей команды исследователей Агрономического колледжа Хунаньского сельскохозяйственного университета, Китая, о новом подходе к защите масличного рапса от сорняков: «Заражение сорняками серьезно влияет на урожайность и качество масличного рапса, важной мировой культуры.
Хотя применение химических гербицидов в сельском хозяйстве значительно повысило эффективность борьбы с сорняками, оно также, к сожалению, привело к увеличению загрязнения окружающей среды и появлению сорняков, устойчивых к гербицидам. Ген ptxD , происходящий от бактерий, кодирует фермент фосфитдегидрогеназу, который отвечает за превращение фосфита (Phi) в ортофосфат (Pi).
Фосфит остается непригодным для использования растениями и большинством микроорганизмов, но после преобразования в ортофосфат становится жизнеспособным источником питательных веществ для растений. Эта уникальная функция гена ptxD открывает многообещающие возможности для разработки инновационных технологий борьбы с сорняками.
Фосфор (P) необходим для роста и плодородия растений. Растения импортируют фосфат (Pi) из почвы для доступного питания.
Фосфит (Phi) — аналог фосфата в почве, и растения также могут активно импортировать фосфит из почвы, но не могут использовать его в качестве источника фосфора для нормального роста. Если в растении накапливается слишком много фосфита, это вызовет токсичность для растительных клеток и затруднит рост растений.
Ген ptxD Pseudomonas stutzeri кодирует фосфитоксидоредуктазу (PTXD). Этот фермент катализирует окисление Phi до Pi.
Трансгенные растения, несущие ген ptxD, могут использовать Phi в качестве единственного источника фосфора и действовать как негербицидный механизм борьбы с сорняками. Иначе говоря, на полях избирательное удобрение Phi позволяет неограниченно расти трансгенным растениям, в то время как рост сорняков ограничивается отсутствием доступного Pi. Чтобы избежать использования химических гербицидов, система ptxD /Phi в последние годы изучалась на ряде культур, помимо модельного арабидопсиса, таких как хлопчатник, соя, рис и рапс.
В этом исследовании мы обнаружили, что растения рапса (B. napus), экспрессирующие ptxD, хорошо росли, когда Phi использовался в качестве эксклюзивного источника фосфора.
Последовательность PTXD (GenBank Accession WP_003118429.1) получена из P. stutzeri wm88. Для повышения уровня экспрессии белков PTXD в семенах рапса использование кодонов гена ptxD было оптимизировано без изменения аминокислотной последовательности.
Впоследствии оптимизированный ген ptxD был химически синтезирован и клонирован в pCAMBIA1303 с образованием pCAMBIA1303 + ptxD (содержащим ген hyg в качестве маркера селекции растений). pCAMBIA1303 + ptxD трансформировали в сорт B. napus Xiangyou 18 посредством трансформации, опосредованной Agrobacterium, и получили 15 трансгенных линий, среди них линия L1-2 содержала в своем геноме единственную копию гена ptxD.
Линию L1-2 использовали для оценки системы ptxD /Phi в контексте селективного внесения удобрений и подавления сорняков.
Кроме того, мы продемонстрировали эффективность Phi в подавлении агрессивных сорняков, таких как лисохвост равный (Alopecurus aequalis Sobol.), щавель (Rumex acetosa L.) и другие сорняки, встречающиеся на рапсовых полях.
Полевые исследования однозначно показали, что растения рапса, экспрессирующие ptxD, могут эффективно вытеснять естественные сорняки на полях рапса, если им предоставлен Phi.
Таким образом, ген ptxD – выражение конкурентного преимущества рапса перед сорняками подчеркивает огромный потенциал использования системы ptxD /Phi для борьбы с сорняками для устойчивых методов ведения сельского хозяйства».
По статье группы авторов (Динхуэй Сюй, Тэн Сюн, Вэньбинь Лу, Цзиньшэн Чжао, Чжэнцянь Чжан, Ган Сяо), опубликованной в журнале Agronomy 2024 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.