Исследователи Центра Джона Иннеса открыли способ уменьшения использования фермерами удобрений для таких ключевых зерновых и бобовых культур. Ученые обнаружили биологический механизм, который делает корни растений более приветливыми для полезных почвенных микробов, что привело к большему поглощению питательных веществ и меньшей потребности в экологически вредных удобрениях.
Основная проблема, которую ученые хотели решить, заключалась в том, чтобы найти способ стимулировать эндосимбиоз - процесс, когда один организм существует в другом, что позволяет растениям поглощать питательные вещества из почвы с помощью микробов в обмен на сахар.
Исследователи из группы доктора Мириам Шарпентье обнаружили мутацию в гене бобовой культуры Medicago truncatula, которая перепрограммирует сигнальную способность растения таким образом, чтобы она усиливала партнерство с азотфиксирующими бактериями, называемыми ризобиями, и грибами арбускулярной микоризы (AMF), которые снабжают корни фосфором.
Препятствием для широкого использования эндосимбиотических партнерств в сельском хозяйстве является то, что они преимущественно происходят на бедных питательными веществами почвах, что противоречит условиям интенсивного земледелия. Таким образом, фермеры часто используют большое количество удобрений на своей земле, чтобы компенсировать недостаток эндосимбиоза. Это может привести к вредному стоку удобрений, который вредит местной экосистеме и попадает в питьевую воду. Удобрение также дорогое и требует много грязной энергии для производства. Производство его основного ингредиента, синтетического аммиака, вызывает примерно 2% мирового загрязнения планеты и приводит к глобальному потеплению.
Ученые обнаружили генную мутацию в кальциевом сигнальном пути растений для усиления эндосимбиоза. Этот подход был успешным в условиях сельского хозяйства, что позволило создать естественную альтернативу использованию удобрений для таких основных культур, как пшеница.
«Это неожиданно и захватывающе, что мутация, которую мы идентифицировали, усиливает эндосимбиоз в условиях ведения сельского хозяйства, потому что она предлагает потенциал для устойчивого производства сельскохозяйственных культур с использованием эндосимбионтов наряду с уменьшением использования неорганических удобрений»
- отметил доктор Мириам Шарпентье, руководитель исследовательской группы ученых.
Параллельно с этим ученые пытаются редактировать гены для улучшения поглощения азота картофелем и другими основными культурами. Дополнительные усилия направлены на повышение эффективности удобрений путем добавления материалов, таких как измельченные камни, для повышения урожайности.
Поскольку сельскохозяйственный мир сталкивается с растущим климатическим давлением, эти усилия будут жизненно важными для уменьшения потребления энергии и, в идеале, для прокладывания пути к более устойчивому будущему.
