Дослідники Центру Джона Іннеса відкрили спосіб зменшення використання фермерами добрив для таких ключових зернових та бобових культур. Вчені виявили біологічний механізм, який робить коріння рослин більш привітними для корисних ґрунтових мікробів, що призвело до більшого поглинання поживних речовин і меншої потреби в екологічно шкідливих добривах.
Основна проблема, яку вчені хотіли вирішити, полягала в тому, щоб знайти спосіб стимулювати ендосимбіоз — процес, коли один організм існує в іншому, що дозволяє рослинам поглинати поживні речовини з ґрунту за допомогою мікробів в обмін на цукор.
Дослідники з групи доктора Міріам Шарпентьє виявили мутацію в гені бобової культури Medicago truncatula, яка перепрограмує сигнальну здатність рослини таким чином, щоб вона посилювала партнерство з азотфіксуючими бактеріями, званими ризобіями, і грибами арбускулярної мікоризи (AMF), які постачають коріння фосфором.
Перешкодою для широкого використання ендосимбіотичних партнерств у сільському господарстві є те, що вони переважно відбуваються на бідних поживними речовинами ґрунтах, що суперечить умовам інтенсивного землеробства. Таким чином, фермери часто використовують велику кількість добрив на своїй землі, щоб компенсувати недолік ендосимбіозу. Це може призвести до шкідливого стоку добрив, який шкодить місцевій екосистемі та потрапляє у питну воду. Добриво також дороге і вимагає багато брудної енергії для виробництва. Виробництво його основного інгредієнта, синтетичного аміаку, спричиняє приблизно 2% світового забруднення планети та призводить до глобального потепління.
Вчені виявили генну мутацію в кальцієвому сигнальному шляху рослин для посилення ендосимбіозу. Цей підхід був успішним в умовах сільського господарства, що дозволило створити природну альтернативу використанню добрив для таких основних культур, як пшениця.
«Це несподівано та захоплююче, що мутація, яку ми ідентифікували, посилює ендосимбіоз в умовах ведення сільського господарства, тому що вона пропонує потенціал для сталого виробництва сільськогосподарських культур з використанням ендосимбіонтів поряд із зменшенням використання неорганічних добрив»
– зазначив доктор Міріам Шарпентьє, керівник дослідницької групи вчених.
Паралельно з цим науковці намагаються редагувати гени для покращення поглинання азоту картоплею та іншими основними культурами. Додаткові зусилля спрямовані на підвищення ефективності добрив шляхом додавання матеріалів, таких як подрібнене каміння, для підвищення врожайності.
Оскільки сільськогосподарський світ стикається зі зростаючим кліматичним тиском, ці зусилля будуть життєво важливими для зменшення споживання енергії і, в ідеалі, для прокладання шляху до більш сталого майбутнього.
