New York Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bitkilerde nitrojen alımı için moleküler bir durdurma sinyali görevi gören bir protein belirlediler; bu keşif, sonuçta yetiştiricilere, gübreyi çok daha verimli kullanan mahsuller geliştirmek için genetik bir hedef verebilecek. The Plant Cell'de yayınlanan çalışma, HHO5 adı verilen bir transkripsiyon faktörüne odaklanıyor.
HHO5 nitrojen freni olarak nasıl çalışır?
NYU ekibi, HHO5'in bir bitkiye yeterli nitrojeni emdiğini ve topraktan daha fazlasını almayı bırakabileceğini söylediğini buldu. Bitkideki nitrojen seviyeleri bir eşiğe ulaştığında, HHO5 ifadesi yükselir ve alım mekanizmasını etkili bir şekilde kapatan bir dizi aşağı yönlü gen değişikliğini tetikler. Protein, bitkilerin uzun mesafeli taşıma, depolama ve insan beslenmesi için gerekli olan amino asitlerin sentezi için kullandığı organik nitrojene özel olarak yanıt verir.
NYU Biyoloji Bölümü ve Genomik ve Sistem Biyolojisi Merkezi'nde Carroll ve Milton Petrie Profesörü ve çalışmanın eş-kıdemli yazarı Gloria Coruzzi, "Farklı nitrojen seviyelerine ve türlerine duyarlı gen düzenleyicileri belirleyerek, nitrojen kullanımını kontrol eden düzenleyici bir faktörü ve bitkilerde nitrojen alımını ve organik nitrojene asimilasyonu iyileştirmeye yönelik bir anahtarı ortaya çıkardık" dedi.
Gübre için bitki nitrojen verimliliği neden önemlidir?
Mahsuller küresel olarak tarlalara uygulanan azotlu gübrenin yalnızca %30-50'sini kullanır. Geri kalanı nitrat akışı olarak su yollarına karışıyor veya birim başına karbondioksitten yaklaşık 300 kat daha güçlü bir sera gazı olan nitröz oksit olarak atmosfere giriyor. Tesis düzeyinde nitrojen kullanım verimliliğinin artırılması, hem gübre maliyetlerini hem de çevreye verilen zararı azaltmanın en doğrudan yollarından biridir.
Nitrojen kullanımı verimliliğini artırmaya yönelik mevcut yaklaşımlar öncelikle toprak tarafına odaklanır: yavaş-salımlı kaplamalar, nitrifikasyon inhibitörleri ve hassas uygulama zamanlaması. HHO5 keşfi, tesisin kendi düzenleyici kablolamasını hedef alarak tamamlayıcı bir yol açıyor. Yetiştiriciler HHO5'in nitrojen alımını ne kadar agresif bir şekilde durduracağını değiştirebilirse, mahsuller potansiyel olarak fren devreye girmeden önce topraktan daha fazla nitrojen çekebilir ve geride kalan kullanılmamış gübre miktarını azaltabilir.
Laboratuvar keşfinden saha uygulamasına
Araştırma ekibi, farklı nitrojen formlarının HHO5 ekspresyon seviyeleri üzerinde farklı etkileri olduğunu buldu. Gübreden doğrudan emilen form olan inorganik nitrojen, organik nitrojenden farklı bir tepki modelini tetikledi. Bu ayrım önemlidir çünkü sinyal yolunun yeterince incelikli olduğunu ve yetiştiricilerin diğer metabolik süreçleri bozmadan bu yolu potansiyel olarak-ince ayarlayabileceklerini öne sürer.
NYU, araştırmayı ve bunun bitki nitrojen kullanım verimliliğini artırmadaki potansiyel kullanımını kapsayan bir patent başvurusunda bulundu. Üniversite lisans tartışmalarını açıklamadı ancak patent ticari amacın sinyalini veriyor.
Keşif, nitrojenli gübre maliyetlerinin küresel olarak arttığı bir zamanda gerçekleşti. USDA verilerine göre, ABD perakende üre fiyatları Ağustos başında ton başına ortalama 594 dolardı ve Hürmüz Boğazı'ndaki kesintinin neden olduğu yıl ortasındaki zirvelerden-sonra sadece hafif bir düşüş gösterdi. Mahsullerin uygulanan her ton nitrojenden daha fazla değer elde etmesini sağlayacak herhangi bir genetik gelişme, çiftlik ekonomisini doğrudan etkileyecektir.
Büyüyen bir nitrojen verimliliği araştırması alanı
NYU çalışması daha geniş bir nitrojen verimliliği araştırması dalgasına uyuyor. Temmuz ayında yayınlanan bir Purdue çalışması, soya fasulyesinde nitrojen fiksasyonunu kontrol eden bir genetik anahtar tespit ederken, Washington Eyalet Üniversitesi araştırmacıları Mayıs ayında nitrojen-sabitleyen genlerin bakteri türleri arasında aktarılabildiğini bildirdi. Pivot Bio, Intrinsyx Bio ve Kula Bio gibi şirketler biyolojik nitrojen fiksasyonuna yönelik mikrobiyal yaklaşımları ticarileştiriyor.
HHO5 bulgusunu diğerlerinden ayıran şey, toprak mikrobiyomundan ziyade bitkinin kendi sinyallerine odaklanmasıdır. Sadece baklagillerde değil, tüm bitkilerde bulunan düzenleyici bir kontrol noktasını hedefliyor; bu da herhangi bir iyileştirmenin teorik olarak mısır, buğday ve pirinç dahil olmak üzere başlıca tahıl mahsullerinde uygulanabileceği anlamına geliyor.
Yine de bir transkripsiyon faktörü keşfinin ticari bir ürün çeşidine dönüştürülmesi genellikle on yıl veya daha fazla zaman alır. Buradaki acil değer, bitki bilimcilerine, uygulanan nitrojen birimi başına daha fazla tane sağlayan çeşitlerin peşinde koşarken üzerinde çalışabilecekleri spesifik, iyi-özelleştirilmiş bir genetik hedef vermekte yatmaktadır.
