چگونه می توان زیست توده گیاهی را تقویت کرد: زیست شناسان از ارتباط مولکولی بین دسترسی و رشد مواد مغذی پرده برداشتند.

تاکنون مکانیسمهای اساسی که گیاهان می توانند رشد خود را مطابق با دوز نیتروژن تنظیم کنند ناشناخته مانده است - یافته کلیدی که می تواند به رشد گیاهان کمک کند و میزان استفاده از کود را محدود کند.
در مطالعه جدیدی که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) منتشر شده است، دانشمندان ژنوم گیاهی در مرکز ژنتیک و سیستمهای زیست شناسی دانشگاه نیویورک قطعه مفقود شده را در پیوند مولکولی بین درک گیاه از دوز نیتروژن در محیط خود  و تغییرات پاسخگو به دوز در زیست توده آن کشف کردند.

 

رشد ارابیدوپسیس در ازمایشگاه کروزی در مرکز نیویورک 

 

با استفاده از یک رویکرد جدید، محققان NYU بررسی کردند که چگونه افزایش دوزهای ازت باعث ایجاد تغییر در بیان ژنوم در گیاهان به عنوان تابعی از زمان شد. آنها سپس از مدلهای ریاضی برای بررسی میزان تغییر RNA پیامبر (mRNA) برای هزاران ژن در ژنوم به این مجموعه آزمایشی استفاده کردند.
محققان دریافتند که پویایی پاسخ mRNA به دوز نیتروژن توسط اصول ساده سینتیک آنزیم کنترل می شود - میزان واکنش های کاتالیز شده توسط آنزیم ها - اولین بار در سال 1913 توسط مکائیلیس - منتن توضیح داده شده است. در حقیقت نویسندگان دریافتند که سینتیک میکائیلیس - منتن به طور دقیق  تغییرات میزان بیان ژن را در 30 درصد ژنهای پاسخگو با دوز نیتروژن مدل می کند.
وی گفت: "براساس مدل جنبشی کلاسیک میکائلیس–منتن، تغییر فراوانی آنزیم بر حداکثر سرعت واکنش ممکن تأثیر می گذارد. از آنجا که فاکتورهای رونویسی نرخ هایی را تعیین می کنند که در آن رونویسی ژن از DNA به RNA صورت می گیرد، می توانند مستقیماً با آنزیم های کاتالیزوریک مقایسه شوند. گلوریا کروزی، پروفسور در کارول و میلتون پتری استاد در بخش زیست شناسی NYU و مرکز ژنولوژی و زیست شناسی سیستم و نویسنده ارشد مقاله گفت: "این بدان معنی است که با افزایش فراوانی فاکتورهای مهم رونویسی، می توان میزان بیان ژن وابسته به دوز ازت و به تبع آن، سرعت رشد گیاهان را افزایش داد."

تیم تحقیقاتی دریافتند که افزایش سطح فاکتور رونویسی TGA1 باعث افزایش سرعت بیان ژن پاسخگو با دوز ازت و سرعت رشد گیاه می شود. گیاهانی که TGA1 را بیش از حد تحت فشار قرار دادند، در پاسخ به نیتروژن سرعت رشد را افزایش داده و به زیست توده گیاهی سه برابر بیشتر از گیاهان نوع وحشی رسیدند.

کروزی گفت: "با مدل سازی سینتیک رونوشت متناسب با سنجش دوز نیتروژن با استفاده از یک اصل کلاسیک سینتیک میکائلیس–منتن، یک ژن نظارتی را کشف کردیم که افزایش بیان آن ممکن است رشد محصول را در خاک های با نیتروژن کم افزایش دهد." "از آنجا که TGA1 در گیاهان از جمله محصولات زراعی مانند برنج، گوجه فرنگی و گندم نگهداری می شود، یافته های ما پیامدهایی در بهبود کارآیی مصرف نیتروژن در محصولات زراعی دارد که می تواند به نفع کشاورزی و پایداری باشد."

منبع: دانشگاه نیویورک