Vedci objavili jednoduchú molekulárnu „prepínačovú“ zmenu, ktorá by mohla umožniť pestovať obilniny bez potreby umelých dusíkatých hnojív.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: fotokostic
„Sme o krok bližšie k ekologickejšej a ku klimaticky šetrnejšej výrobe potravín.“ K tomuto záveru dospeli Kasper Røjkjær Andersen a Simona Radutoiuová, profesori molekulárnej biológie na Aarhuskej univerzite.
Ich najnovší výskum, publikovaný v časopise Nature, odhaľuje dôležitý mechanizmus, ktorý by mohol pomôcť znížiť globálnu závislosť od syntetických hnojív.
Ako rastú niektoré rastliny bez hnojív
Rastliny potrebujú na rast dusík, no väčšina poľnohospodárskych plodín ho dokáže získať iba z umelých hnojív. Existuje však malá skupina rastlín, napríklad hrach, ďatelina či fazuľa, ktoré dokážu rásť aj bez dodatočného dusíka. V ich koreňoch žijú baktérie, ktoré premieňajú dusík zo vzduchu na formu, ktorú dokáže rastlina využiť.
Vedci po celom svete sa dnes snažia pochopiť molekulárne a genetické procesy, ktoré túto schopnosť umožňujú, s cieľom preniesť ju aj na hlavné poľnohospodárske plodiny, ako sú pšenica, jačmeň či kukurica. Ak by sa to podarilo, tieto plodiny by si dokázali zabezpečiť dusík samy. Výrazne by sa tým znížila potreba umelých hnojív, ktorých výroba v súčasnosti spotrebuje približne dve percentá celosvetovej energie a produkuje značné množstvo oxidu uhličitého.
Molekulárny „prepínač“ symbiózy
Vedci z Aarhuskej univerzity objavili drobné, no kľúčové zmeny v rastlinných receptoroch, ktoré rozhodujú o tom, či rastlina dočasne potlačí svoju imunitnú reakciu a umožní baktériám vytvoriť s ňou spoluprácu.
Rastliny používajú receptory na povrchu buniek, aby rozpoznali chemické signály z pôdnych mikroorganizmov. Niektoré baktérie vysielajú signály „nepriateľa“, ktoré spustia obrannú reakciu, iné však signalizujú, že sú „priateľmi“ schopnými dodávať živiny.
Strukoviny, ako sú hrach či fazuľa, dokážu tieto prospešné baktérie vpustiť do koreňov, kde premieňajú vzdušný dusík na výživu pre rastlinu. Tento vzťah sa nazýva symbióza a vysvetľuje, prečo tieto rastliny nepotrebujú hnojivá.
Dva malé rozdiely, veľký efekt
Výskumníci zistili, že schopnosť vytvoriť symbiózu výrazne ovplyvňujú dve aminokyseliny – drobné stavebné jednotky bielkoviny nachádzajúcej sa v koreňoch rastliny.
„Ide o pozoruhodný a mimoriadne dôležitý objav,“ hovorí Simona Radutoiuová. Tento koreňový proteín funguje ako receptor, ktorý vyhodnocuje signály baktérií a rozhoduje, či spustí imunitnú obranu alebo dovolí vznik symbiózy.
V tomto proteíne vedci identifikovali malú oblasť nazvanú Symbiosis Determinant 1, ktorá funguje ako prepínač. Zmenou len dvoch aminokyselín dokázali preprogramovať receptor tak, aby namiesto obrany spustil spoluprácu s baktériami viažucimi dusík.
„Ukázali sme, že dve veľmi malé zmeny môžu zásadne ovplyvniť správanie rastliny, a to od odmietania baktérií až po spoluprácu s nimi,“ uzatvára Radutoiuová.
Prenesenie objavu na hlavné poľnohospodárske plodiny
V laboratórnych experimentoch vedci najprv úspešne geneticky upravili rastlinu Lotus japonicus (Pozn. red.: malá strukovina, ktorá sa nepestuje ako potravina, ale veľmi často sa používa ako modelový organizmus vo vedeckom výskume). Rovnaký postup následne aplikovali aj na jačmeň a dosiahli ten istý efekt.
„Je pozoruhodné, že dnes dokážeme vziať receptor z jačmeňa, urobiť v ňom drobné zmeny a schopnosť fixácie dusíka sa opäť obnoví,“ hovorí Kasper Røjkjær Andersen.
Potenciálny dosah tohto objavu je veľký. Ak by sa podobná úprava podarila zaviesť do široko pestovaných obilnín, v budúcnosti by mohlo byť možné pestovať pšenicu, kukuricu či ryžu, ktoré by si dokázali zabezpečiť dusík samy, podobne ako strukoviny.
„Najprv však musíme objaviť ďalšie nevyhnutné kľúče,“ upozorňuje Simona Radutoiuová a dodáva, „v súčasnosti dokáže vytvoriť symbiózu s baktériami len veľmi málo plodín. Ak sa nám podarí rozšíriť túto schopnosť na bežne pestované druhy, môže to zásadne znížiť množstvo dusíka, ktoré bude potrebné v poľnohospodárstve používať.“
Zdroj: Sci Tech Daily, Nature
(LDS)
