Ученые обнаружили геномы, которые могут привести к улучшению урожая

Около 500 миллионов лет назад - когда наши континенты, вероятно, были соединены в единую массу, и большая часть жизни существовала под водой - Anthoceros agrestis были одной из первых групп растений, которые колонизировали землю. Но биологи никогда не понимали много о генетике этих древних растений, которые имеют очень уникальную биологию.

Фэй-Вэй Ли из Института Бойса Томпсона, Петер Шовеньи из Цюрихского университета, и исследователи со всего мира секвенировали геномы трех Anthoceros agrestis, освещая рассвет наземных растений. Группа также обнаружила гены, которые, вероятно, лежат в основе специальных методов получения углерода и азота растениями.

Полученные результаты могут привести к развитию культур, которые дают более высокие урожаи с использованием менее синтетических удобрений.

«Мы знаем, что жизнь в основном строится из углерода, азота и фосфора - это ключ к увеличению урожайности в сельском хозяйстве», - сказал Ли, преподаватель BTI и соавтор работы. «Если мы сможем раскрыть секреты Anthoceros agrestis, тогда мы сможем перенести эти черты на важные для сельского хозяйства растения».

Международная исследовательская группа начала проект в 2011 году.

«Нам потребовалось три года, чтобы выяснить, как можно выращивать Anthoceros agrestis и проталкивать их половой жизненный цикл в лабораторных условиях, и еще три года, чтобы правильно собрать и аннотировать их геномы», - сказал Шовеньи, исследователь из Цюрихского университета и второй соавтор исследования.

Одна из целей исследователей состояла в том, чтобы найти гены, которые играют роль в методе концентрирования диоксида углерода внутри хлоропластов, который повышает способность растений производить сахар. По своей способности Anthoceros agrestis уникальны среди наземных растений, но некоторые виды водорослей имеют с ними общую черту. Таким образом, команда сравнила геномы Anthoceros agrestis с геномами водорослей и нашла один ген, LCIB , который разделяют две группы растений, но не с другими наземными растениями.

«Если бы этот механизм концентрации углерода мог быть установлен на сельскохозяйственных культурах, то они могли бы расти с таким же количеством удобрений», - сказал Ли, который также является адъюнкт-профессором биологии растений в Корнелльском университете.

Группа также определила 40 генов, которые могут стимулировать источник азота для Anthoceros agrestis, который происходит из симбиотических отношений с цианобактериями.

«Это действительно уникальная функция», - сказал Ли. «Очень немногие растения могут сделать это».

По словам Ли, если бы можно было выращивать сельскохозяйственные растения, чтобы иметь схожие симбиотические отношения с цианобактериями, фермеры могли бы использовать меньше азотных удобрений Такое уменьшение количества удобрений может принести пользу окружающей среде, поскольку избыток сельскохозяйственного азота часто попадает в водные пути, где он может вызвать смертельное цветение водорослей, пишет NewsWise.
Ли планирует продолжить изучение.

«Как только у нас появятся генетические инструменты, мы сможем исследовать роль этих генов в нетрадиционных способах употребления в пищу углерода и азота», - говорит он.