Анализ ДНК позволяет количественно оценить биомассу корней и выявить скрытую роль растений в изменении климата

от

Мало кто из нас задумывается о том, что происходит под ногами, когда мы идём по полю пшеницы или клевера. Мы видим стебли, листья и цветы, но практически не имеем прямого доступа к корням.

Однако корни играют ключевую роль. Они закрепляют растения в почве, снабжают их водой и питательными веществами, а также способствуют накоплению углерода в земле.

Но поскольку корни скрыты, исследователи на протяжении десятилетий пытались измерить, сколько биомассы находится под землёй и как она распределяется между видами.

«Мы всегда знали, что корни важны, но нам не хватало точного инструмента для их измерения. Это немного похоже на изучение морских экосистем, не имея возможности погрузиться под воду», — говорит Хенрик Бринч-Педерсен, профессор кафедры агроэкологии Орхусского университета.

До сих пор исследователи обычно измеряли корни, выкапывая большие образцы почвы, промывая корни, высушивая и взвешивая их. Это длительный процесс, и при этом часто разрушаются самые мелкие корни. Это серьёзная проблема, поскольку именно мелкие корни наиболее активны в поглощении питательных веществ и высвобождении углерода в почву.

Новый метод основан на капельной цифровой ПЦР (ddPCR) — технологии ДНК, при которой образец почвы делится на десятки тысяч микроскопических капель, каждая из которых анализируется на наличие ДНК.

Исследователи используют генетический маркер под названием ITS2, который работает как отпечаток пальца для каждого вида. Таким образом, они могут не только увидеть, что корни присутствуют, но и определить, к каким видам они принадлежат и какой биомассой они обладают.

«Это немного похоже на то, как если бы мы делали анализ ДНК почвы», — говорит Бринч-Педерсен. «Мы внезапно можем увидеть скрытое распределение видов и биомассы, не выкапывая всё поле».

Метод был разработан исследовательской группой, в которую входили Нурбану Шынггыскизы, Клаус Крох Мадсен, Пер Л. Грегерсен, Джим Расмуссен, Уффе Йёргенсен и Бринч-Педерсен. Он был опубликован в журнале Plant Physiology.

Новая технология открывает широкие возможности:

«Мы видим большой потенциал в использовании этого метода для разработки сортов, которые накапливают больше углерода в почве. Это может стать важным инструментом в будущем сельском хозяйстве», — говорит Бринч-Педерсен.

Исследователи фокусируются на корнях неслучайно. Хотя мы обычно думаем о ветряных турбинах и электромобилях как о решениях для борьбы с изменением климата, системы корней растений также обладают большим потенциалом в виде биологического хранения углерода.

Когда растения растут, они поглощают CO₂ из атмосферы и отправляют часть углерода в свои корни. Там он может оставаться в почве десятилетиями или даже столетиями, если мы сможем разработать системы земледелия, которые максимально используют этот потенциал.

Однако без точных измерительных инструментов было трудно документировать этот эффект. Именно здесь новая технология ДНК может изменить правила игры.

Метод не лишён проблем. Например, генетические гибриды, такие как райграс и итальянский райграс, бывает трудно различить, поскольку их ДНК очень похожи. Кроме того, метод требует разработки специальных ДНК-зондов для каждого вида, который исследователи хотят измерить.

«Для нас самое важное — это то, что мы показали, что это можно сделать. Это основа, на которой мы можем строить. Наша цель — расширить библиотеку ДНК, чтобы в будущем мы могли измерять гораздо больше видов непосредственно в образцах почвы», — говорит Бринч-Педерсен.

Там, где исследователи ранее зависели от трудоёмкой работы в полевых условиях, новый метод позволяет проводить анализ корней быстро, точно и в гораздо большем масштабе. Это означает, что исследователи теперь могут точно заглянуть в подземный мир, который до сих пор оставался скрытым.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте