Орхус университетінің зерттеушілері өсімдіктерге азотты байланыстыратын бактериялармен симбиозға түсуге мүмкіндік беретін молекулалық қосқышты анықтады. Бұл жаңалық дәнді дақылдардың өздігінен азотпен қамтамасыз ете алатын түрлерін жасауға жол ашуы мүмкін, бұл ауыл шаруашылығының жасанды тыңайтқыштарға тәуелділігін азайтады.

«Біз азық-түлік өндірісін экологиялық және климатқа қолайлы етуге бір қадам жақындадық», — дейді зерттеу авторлары, молекулалық биология профессорлары Каспер Рёйкьер Андерсен мен Симона Радутойу.

Өсімдіктерге неге азот қажет

Азот өсімдіктердің өсуі үшін қажет, бірақ ауыл шаруашылығында өсірілетін дақылдардың көпшілігі оны тек тыңайтқыштардан ала алады. Тек бұршақ, жоңышқа және үрме бұршақ сияқты кейбір өсімдіктер ғана белгілі бір бактериялармен симбиоз арқылы қосымша азотсыз өмір сүре алады. Бұл бактериялар атмосфералық азотты өсімдіктер сіңіре алатын формаға айналдырады.

Табиғи азот фиксациясының механизмдерін ашу

Ғалымдар әлем бойынша осы қабілеттің генетикалық және молекулалық негіздерін зерттеуде. Егер бұл механизмдерді негізгі азық-түлік дақылдарына — бидай, арпа, жүгеріге — енгізу мүмкін болса, олар өздігінен азотпен қамтамасыз ете алады. Бұл синтетикалық тыңайтқыштарды қолдануды айтарлықтай азайтады, ал олардың өндірісі әлемдік энергия тұтынудың шамамен 2%-ын құрайды және көп мөлшерде CO₂ шығарады.

Өсімдіктер қорғаныс пен ынтымақтастық арасында қалай таңдайды

Өсімдіктер топырақтағы микроағзалардың химиялық сигналдарын тану үшін жасуша бетінде рецепторларды пайдаланады. Кейбір бактериялар өсімдіктерде қорғаныс реакциясын тудырады, ал басқалары ынтымақтастық пен қоректік заттар алмасу мүмкіндігін білдіреді.

Бұршақ тұқымдастар — бұршақ, үрме бұршақ және жоңышқа — арнайы бактерияларға тамырларына енуге мүмкіндік береді. Тамыр тіндерінде бұл бактериялар атмосфералық азотты өсімдіктерге қолжетімді түрге айналдырып, онымен бөліседі. Мұндай симбиоз бұршақ тұқымдастарға жасанды тыңайтқышсыз өсуге мүмкіндік береді.

Екі аминқышқылдың шешуші рөлі

Орхус университетінің зерттеушілері симбиозға қабілеттілікті тамыр рецепторындағы бар болғаны екі аминқышқыл анықтайтынын анықтады. Бұл ақуыз өсімдіктің иммундық жүйесін (қорғаныс) іске қосу немесе бактерияларды қабылдау (симбиоз) туралы шешім қабылдайды. Команда бұл ақуыздың Symbiosis Determinant 1 деп аталатын бөлігін бөліп көрсетті, ол өсімдіктің ішкі сигналдарын басқаратын қосқыш ретінде жұмыс істейді.

Ғалымдар осы бөліктегі екі аминқышқылды өзгерту арқылы әдетте иммунитетті іске қосатын рецепторды азотты байланыстыратын бактериялармен симбиозды бастайтын рецепторға айналдыра алды.

«Біз екі кішкентай өзгеріс өсімдіктің мінез-құлқын — бактерияларды қабылдамаудан олармен ынтымақтастыққа көшуге — өзгерте алатынын көрсеттік», — деп түсіндіреді Симона Радутойу.

Негізгі дақылдар үшін болашағы

Зерттеушілер бұл өзгерісті лабораториялық тәжірибелерде Lotus japonicus өсімдігіне енгізіп, кейін арпада сынап көрді — механизм ол жерде де жұмыс істеді.

«Енді біз арпадан алынған рецепторды алып, оған аз ғана өзгеріс енгізіп, азот фиксациясын қайта іске қоса алатынымыз таңғаларлық», — дейді Каспер Рёйкьер Андерсен.

Ұзақ мерзімді әлеуеті зор: егер мұндай модификацияларды басқа дәнді дақылдарға қолдануға мүмкіндік туса, болашақта бидай, жүгері немесе күріш те бұршақ тұқымдастар сияқты өздігінен азотты байланыстыра алатын болады.

«Бірақ бізге әлі де басқа қажетті кілттерді табу керек», — деп атап өтеді Радутойу.

«Бүгінде тек аздаған дақылдар ғана симбиозға қабілетті. Егер біз бұл қасиетті кеңінен қолданылатын дақылдарға тарата алсақ, бұл пайдаланылатын азот көлеміне айтарлықтай әсер етуі мүмкін», — деп қорытындылайды зерттеушілер.