Ученые США доказали, что рост биомассы растений в ответ на внесение азота зависит от скорости экспрессии генов

Результаты исследования были опубликованы в Журнале Национальной академии наук (PNAS). Новое исследование позволит снизить зависимость от удобрений и изменить использование азота.

Считается, что урожайность пропорциональна дозе азотных удобрений, однако внесение чрезмерного количества удобрений негативно сказывается на экологии и является очень дорогостоящим. До сих пор не существовало механизмов, которые могли бы стимулировать рост растений, ограничивая при этом количество используемых удобрений.

В ходе исследования ученые Нью-Йоркского университета выясняли как в зависимости от времени повышение доз азота меняет экспрессию генов (экспрессия генов – процесс, при помощи которого информация от гена преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок). Затем, используя математические модели, выяснили скорость изменения матричной РНК (mRNA) для тысячи генов в геноме экспериментального образца.

Ученые обнаружили, что динамика матричной РНК зависит от дозы азота, согласно принципам ферментативной кинетики (ферменты катализируют скорость реакции). Через уравнение Михаэлиса-Ментен можно точно моделировать скорость изменений в экспрессии генов, где 30% генов дают реакцию на азот.

«Согласно классической кинетической модели Михаэлиса-Ментена, изменение ферментов распространяется и влияет на скорость возможной реакции. Поскольку факторы транскрипции устанавливают скорость, с которой транскрибируются из ДНК в РНК, их можно сравнить с катализацией ферментов в модели Михаэлиса-Ментена. Это значит, что увеличение факторов, влияющих на транскрипцию, повысит скорость экспрессии генов и ускорит рост растений», - сказала Глория Коруцци, профессор Carroll & Milton Petrie в департаменте растениеводства Нью-Йоркского университета и Центра Геномики и Биологических систем.

По предварительным оценкам, ускорение экспрессии генов, чувствительных к азоту, в три раза ускоряет рост растений.