Iš daugelio nepagaunamų žemės ūkio biotechnologijų gralių, gebėjimas fiksuoti azotą ne ankštiniuose augaluose, pvz., grūduose, yra aukščiausias.
Tai padaryti yra didžiulis iššūkis, nes ankštiniai augalai kartu su bakterijomis, vadinamomis rhizobia, dalyvauja simbiotiniame valsyje, leidžiančiam augalams pasisemti maisto iš oro ir pranokti aplinkai kenksmingų cheminių trąšų poreikį. Natūralus procesas yra svarbiausias sėjomainos praktikoje, plačiai naudojamas siekiant užkirsti kelią dirvožemio išeikvojimui nuo pasėlių, tokių kaip kukurūzai, kurie priklauso nuo sintetinių trąšų naudojimo.
Faktas, kad du skirtingi ir labai toli giminingi organizmai – augalas ir bakterija – gali bendradarbiauti, kad iš atmosferos pasisemtų gyvybę palaikančio azoto, yra tik vienas iš iššūkių, su kuriais susiduria augalų inžinieriai, siekdami Suteikite šią savybę kitiems svarbiems augalams.
Tačiau atsakymas į iššūkį gali būti vienu dideliu žingsniu arčiau paskelbus didžiulį augalų ir bakterijų b altymų atlasą, kuris vyksta simbioziniam procesui tarp augalo ir mikrobo.
Rašydami dabartinėje Gamtos biotechnologijoje, Viskonsino-Madisono universiteto grupė išsamiai aprašo daugiau nei 23 000 augalų ir bakterijų b altymų bei molekulines kontrolės priemones, kuriomis jie užtikrina naudingus santykius. Atlasas, galbūt pats išsamiausias bet kokios rūšies proteominis inventorius iki šiol, labai smulkiai parodo b altymų sąveiką, kai rizobijos kolonizuoja pavyzdinio ankštinio Medicago truncatula šaknų mazgus.
„Mes galime pamatyti giliau nei bet kada anksčiau“, – aiškina Joshua Coon, UW-Madison biomolekulinės chemijos ir chemijos profesorius ir atitinkamas naujojo atlaso autorius. "Mes galime naudoti technologijas, kad gautume precedento neturintį šių b altymų vaizdą."
Šis naujas vaizdas, anot jo, perkelia mūsų supratimą apie azoto fiksavimo mechaniką iki precedento neturinčio detalumo. Kadangi b altymus reguliuoja genai, naujasis atlasas galiausiai galėtų padėti parengti strategiją, skirtą ankštinių augalų gebėjimui surišti azotą kituose augaluose.
„Svarbu susieti b altymų informaciją su genetiniais tinklais“, – pažymi Jean-Michel Ane, UW-Madison bakteriologijos profesorius, taip pat atitinkamas naujosios ataskaitos autorius. "Tai leidžia mums pamatyti modelius koreliuojant genų ekspresiją su b altymais."
Naujasis atlasas buvo sudarytas naudojant galingą naują masių spektroskopijos technologiją, sako Coon, pirmaujanti šios technikos institucija, leidžianti mokslininkams išanalizuoti mėginį į daugelį jo sudedamųjų dalių ir išmatuoti juos itin išsamiai.„B altymų skaičiaus mėginyje matavimo sudėtingumas yra neįtikėtinas“, - sako Coonas. "Nepakanka žinoti genus. Yra milijonai ir milijardai būdų, kaip b altymai gali būti modifikuojami, kad jiems būtų suteikta nauja misija. Visa ši informacija b altymų lygmeniu yra nauja, ir mes galime pažvelgti į visas šias molekules ir kaip jos yra globaliai. yra modifikuoti ir nuspėti apie funkciją."
Naujajam tyrimui, daugiausia remiamam Nacionalinio mokslo fondo subsidijomis, vadovavo Haraldas Marksas, UW-Madison genomo centro doktorantas; ir Catherine Minogue, buvusi UW-Madison chemijos katedros magistrantė. Prie tyrimo taip pat prisidėjo UW-Madison biochemijos profesorius Michaelas Sussmanas ir biostatistikos bei medicinos informatikos profesorė Sushmita Roy.
Viskonsino mokslininkai pabrėžia, kad nors naujasis b altymų atlasas bus svarbus šifras iššifruojant azoto fiksavimo simbiozės molekulines detales, tikslas suteikti požymį kitiems augalams, o ne ankštiniams augalams, išlieka tolimoje ateityje.
Viskonsino darbas buvo atliktas naudojant pavyzdinį ankštinį augalą Medicago truncatula ir jo šakniastiebinį simbiontą Sinorhizobium meliloti – sistemą, sukurtą genetiniams tyrimams maždaug prieš 20 metų.
„Tai labai artimas liucernos giminaitis“, – sako Ane, nurodydama ankštinius augalus, plačiai naudojamus žemės ūkyje kaip sėjomainos sistemų dalį.
