Использование азотных удобрений в сельском хозяйстве значительно способствует глобальному потеплению. Новая концепция селекции, разработанная специально для пшеницы, может помочь сократить применение азотных удобрений. Этот голобионтный принцип ставит сложные взаимодействия между растениями и почвенными микробиомами в центр селекционной работы. В сочетании с машинным обучением это может привести к созданию новых сортов пшеницы, а также других сельскохозяйственных культур, которые будут более устойчивы к изменению климата и способствовать улучшению состояния почвы.
Два недавних исследования, проведённых Вольфгамом Веквертом из Венского университета, по этой концепции были опубликованы в журналах Plant Biotechnology и Trends in Plant Science.
Чтобы увеличить объёмы производства продуктов питания и кормов, в сельском хозяйстве всё чаще используются азотные (N) удобрения. Однако более половины азота, вносимого ежегодно на сельскохозяйственные угодья, теряется в воздухе и воде. Такие потери приводят к серьёзным проблемам, включая загрязнение воздуха и воды, подкисление почвы, изменение климата, истощение озонового слоя стратосферы и утрату биоразнообразия.
Следовательно, сокращение потерь азота с сельскохозяйственных угодий может повысить экономическую эффективность за счёт снижения требований к удобрениям, улучшить здоровье человека и экосистемные услуги, а также способствовать смягчению последствий изменения климата.
Векверт подчёркивает, что улучшение устойчивости и урожайности сельскохозяйственных культур должно быть сосредоточено не только на растениях, но и на микробиоме, окружающем их корни и листья. Почвенные микробиомы также открывают возможности для повышения плодородия почвы и снижения зависимости от синтетических удобрений.
«Эволюция растений во многом определяется взаимодействием растений и микробов, однако экология голобионта растений недостаточно изучена на молекулярном уровне. Однако эти отношения имеют огромные преимущества для устойчивого сельского хозяйства. Поэтому крайне важно выявить сорта растений, которые производят естественные ингибиторы нитрификации, также известные как биологические ингибиторы нитрификации (БИН), которые выделяются корнями в почву», — говорит Векверт.
Международная команда исследователей изучила потенциал различных сортов пшеницы в производстве БИН, которые помогают контролировать процессы нитрификации в почве. Они обнаружили выраженную естественную вариабельность активности БИН в различных элитных линиях пшеницы.
«Наш анализ корневых экссудатов, сложных соединений, выделяемых корневой системой, показывает существенные различия между сортами пшеницы», — объясняет Ариндам Гхатак, первый автор исследования, опубликованного в журнале Plant Biotechnology Journal. «Эти экссудаты способствуют или подавляют определённые составы микробиома и позволяют отобрать штаммы с особенно высокой активностью БИН».
Выращивая эти линии с высокой активностью БИН, фермеры могут значительно сократить потребность в азотных удобрениях в будущем. Это значительный шаг к смягчению последствий нарушения глобального азотного цикла, вызванного чрезмерным использованием антропогенных удобрений.
Для эффективного использования этого природного решения международная команда учёных под руководством Векверта из лаборатории молекулярной системной биологии (MOSYS) и лаборатории археи биологии и экогеномики в Венском университете разработала новую концепцию селекции.
При поддержке партнёрских учреждений в Греции, Австралии, Индии, Японии, Канаде, США и Мексике команда ставит голобионтный принцип в центр современной селекции растений, фокусируясь на сложных взаимодействиях между растениями и почвенными микробиомами. Благодаря инновационному подходу, основанному на данных, генетика растений, исследования микробиома и PANOMICS интегрированы для получения высокопроизводительных данных.
«В сочетании с алгоритмами машинного обучения это открывает многообещающую платформу для селекции новых сортов сельскохозяйственных культур с высоким потенциалом БИН, большей устойчивостью к изменению климата и улучшением здоровья почвы», — объясняет Векверт.
Таким образом, голобионтная концепция знаменует собой сдвиг парадигмы: она объединяет экологию, системную биологию и технологии селекции, подчёркивая взаимосвязь экосистем, и открывает новые пути к ресурсоэффективному и климатически устойчивому сельскому хозяйству.
Другие новости по теме
- Собаки могут выявлять болезнь Паркинсона, показало исследование
- Живой цвет: как красный, зелёный и жёлтый бетон улучшает морскую жизнь в Сиднее
- Паразиты, устойчивые к лекарствам, угрожают стадам бизонов на ранчо
- Учёные обнаружили загадочную гравитационную аномалию под Индийским океаном: её происхождение оказалось более тревожным, чем ожидалось
- Синтетические микробные сообщества значительно способствуют преобразованию компоста и росту сельскохозяйственных культур
- Научный обзор подчёркивает необходимость подхода, охватывающего всё население кошек, для решения проблемы перенаселения кошек в Великобритании
- CORNETO: машинное обучение для расшифровки сложных данных омики
- Тестирование с помощью метода eDNA обнаружило в Средиземном море белую акулу-отшельника
- На Фиджи обнаружен новый вид ската
- Доисторическое «социальное дистанцирование»: брахиоподы возрастом 436 миллионов лет использовали щетинки, чтобы избежать скопления соседей
Другие новости на сайте
- Владельцы электромобилей Honda и Acura получили крупную модернизацию системы зарядки с доступом к сети Tesla Supercharger
- Необычные плазменные волны над северным полюсом Юпитера, возможно, наконец-то получили объяснение.
- 🎮 PS Plus дарит еще один бесплатный бонус в июле — активируйте уже сейчас! 🎁
- Загрязнение подземных вод в карстовых регионах: к созданию более совершенных моделей
- Dogecoin выходит из 4-летнего медвежьего тренда с ростом на 65%
- Владельцы Lucid Air получат доступ к Tesla Superchargers с 31 июля
- Nevoya привлекла $9,3 млн на фоне выхода её парка электрогрузовиков на паритет по стоимости с дизельными аналогами.
- 🔥 Важное обновление для фанатов хоррора! 😱
- Расшифровка «отпечатка пальца» горбатого кита