Учёные из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики США провели детальный анализ соединений, выделяемых корнями растений в окружающую среду. В результате анализа было получено множество данных, которые могут помочь в исследованиях, направленных на улучшение способов выращивания энергетических и продовольственных культур.
Исследователи давно знают, что отношения, которые растения формируют с микроорганизмами, такими как бактерии и грибы, могут сделать растения более устойчивыми к плохим условиям выращивания, таким как засуха или недостаток питательных веществ. По мере роста растения выделяют в почву органические молекулы, процесс известный как ризодепозиция. Это органическое вещество, в свою очередь, влияет на взаимодействие растений и микроорганизмов с другими подземными процессами.
Учёные из Национальной лаборатории Ок-Риджа разработали новую аналитическую систему, основанную на метаболомике — изучении малых молекул, — чтобы систематически охарактеризовать ризодепозиты, полученные из растений. Работа дала много данных о разнообразии и относительном количестве соединений в почве, как описано в статье, опубликованной в журнале Plant, Cell & Environment.
Информация, полученная в результате проекта, углубляет понимание взаимодействий между растениями и микробиомами, что может помочь в разработке более урожайных и устойчивых к стрессам сортов сельскохозяйственных культур, а также в создании микроорганизмов, которые способствуют устойчивости культур. Результаты позволяют разработать выносливые, продуктивные источники биоэнергии для биоэкономики, укрепляя внутренние цепочки поставок и энергетическую безопасность.
Исследователи разработали эксперимент, в котором две разновидности тополей выращивались в контролируемых условиях, с добавлением питательных веществ и без них. Образцы были взяты из активно растущих и более старых участков корней в разное время. Исследователи использовали подход, называемый нецелевым метаболомикой, который позволил им обнаружить и проанализировать как можно больше молекул, а не только предварительно выбранные.
Команда использовала масс-спектрометрию высокого разрешения для идентификации и количественного определения химических соединений, создав молекулярный отпечаток образцов. Затем для группировки и сравнения соединений были использованы вычислительные методы.
Результатом стала сокровищница соединений ризодепозитов, многие из которых ранее не были идентифицированы. Их состав варьировался в зависимости от типа растения, наличия питательных веществ, местоположения и времени. Исследователи использовали обширные геномные данные Национальной лаборатории Ок-Риджа о тополях, ключевой культуре, представляющей интерес для биоэнергетики, чтобы понять, как генетика играет важную роль в формировании этих соединений.
«Метаболомика в основном ограничивалась целевым анализом, подтверждающим конкретное соединение или взаимодействие, которое, как вы подозреваете, присутствует в образце», — сказал руководитель проекта Пол Абрахам из отдела биологических наук Национальной лаборатории Ок-Риджа. «Но с нецелевым подходом мы можем охватить гораздо более широкий спектр химического разнообразия, выявляя неожиданные или ранее не распознанные соединения, которые могут играть решающую роль в почвенных и растительных системах».
«Этот проект стал возможен благодаря сверхточным инструментам масс-спектрометрии Национальной лаборатории Ок-Риджа и междисциплинарной среде», — сказал Абрахам. «Точность и чувствительность этих возможностей имеют первостепенное значение для успеха нецелевой метаболомики. Наша команда экспертов в области геномной науки, системной биологии растений и биоаналитической химии сыграла важную роль в разработке и проведении исследования и понимании последствий работы».
Дальнейшие исследования могут включать использование инструментов искусственного интеллекта для анализа данных, добавил Абрахам. «Химическое пространство, которое мы измеряем, огромно, и большинство молекул, которые мы обнаруживаем, не могут быть подтверждены с помощью существующих эталонных стандартов», — сказал он.
«Чтобы разобраться в этой сложности, мы будем всё больше зависеть от машинного обучения и искусственного интеллекта для преобразования химических формул в предсказанные структуры. Поэтому одной из наших ключевых целей является сделать наши данные доступными для поиска, доступными и пригодными для повторного использования для более широкого научного сообщества», — заключил Абрахам.
Учёные также могут использовать цифровую систему анализа подземных корней, которая устанавливается в Лаборатории передовых фенотипирования растений Национальной лаборатории Ок-Риджа, чтобы обеспечить анализ динамики корневой системы на основе изображений, потенциально извлекая ещё больше характеристик.
Другие новости по теме
- Как и нам, беременным тараканам нужно больше сна.
- 220 эндемичных видов утрачены: хроника всех известных сухопутных вымираний на Макаронезийских островах
- Диета, богатая анчоусами, приводит к смертельному дефициту витамина B1 у находящихся под угрозой исчезновения чавычей
- Неожиданные стратегии выживания планктона в альпийских озёрах имеют глобальное значение
- Прогресс в инженерии искусственных белков благодаря прогнозированию на молекулярном уровне
- Почему мужчины бегают быстрее женщин: научное объяснение разницы в скорости
- Прогнозирование качества органоидов, полученных из стволовых клеток, с помощью машинного обучения
- Малый белок, большое влияние: понимание того, как бактерии стабилизируют ключевой комплекс внешней мембраны
- Как остановить браконьерство носорогов: сделать их рога радиоактивными
- Генетические свидетельства болезней у солдат Наполеона
Другие новости на сайте
- Институциональный интерес к Solana растёт: DeFi Dev Corp добавляет 110 466 SOL в казну
- Глобальный саммит по фосфору для решения проблем продовольственной и водной безопасности
- Исследование в ЮАР показало, что четыре малообеспеченных сообщества не справляются с глобальным потеплением: что нужно изменить
- Binance добавит в список Fireverse (FIR) — ключевая информация, которую стоит знать до 6 августа
- Учёные из Корнелла создали натуральный синий пищевой краситель из белков водорослей
- Как и нам, беременным тараканам нужно больше сна.
- 🔥 EA Sports FC 26: Крупные изменения в FUT, живые события, соревновательный режим и не только!
- Глубокий взгляд на скопление галактик Abell 3667: прошлое скопления галактик и будущее астрономических изображений
- Remitly интегрирует стейблкоины в основные направления бизнеса для поддержки трансграничных транзакций
- Аналитик утверждает: рост XRP до 4,80 долларов возможен, так как актив удерживает ключевую поддержку.