Nowo odkryty gen roślinny może zwiększyć spożycie fosforu i zmniejszyć nawożenie

Naukowcy z Wydziału Nauk o Roślinach i Środowisku Uniwersytetu w Kopenhadze odkryli niezwykły gen roślinny (gen CLE53), który reguluje współpracę między grzybami i roślinami. Gen ma zasadnicze znaczenie dla mechanizmu kontrolującego, w jaki sposób rośliny receptywne działają na grzyby mikoryzowe. W przyszłości ta nowo odkryta wiedza może posłużyć do zapewnienia lepszych zbiorów i zmniejszenia zużycia nawozów. Wyniki ich pracy zostały opublikowane w czasopiśmie Journal of Experimental Botany.

Podobne geny znajdują się we wszystkich roślinach - w tym w uprawach rolniczych. Zatem mutacja lub wyłączenie genu CLE53 w roślinie uprawnej powoduje, że roślina może być bardziej symbiotycznie zaangażowana z grzybami. W ten sposób możliwe staje się zmniejszenie zapotrzebowania na nawozy fosforowe, ponieważ rośliny poprawiają wchłanianie istniejącego fosforu z gleby.

70% nawożenia fosforem nie dociera do roślin

Fosfor jest niezbędny dla wszystkich roślin. Jednak problemem związanym ze stosowaniem fosforu w rolnictwie jest to, że wykorzystuje się go do nawożenia w dużo większych ilościach, niż rośliny mogą wchłonąć. Szacuje się, że około 70% nawozu fosforowego stosowanego w duńskim rolnictwie gromadzi się w glebie, a tylko 30% trafia do roślin.

Paradoksalnie naukowcy zaobserwowali, że gdy poziom fosforu w glebie jest wysoki, rośliny rzadziej współpracują z grzybami, co oznacza, że pogarsza się przyswajanie przez nie składników odżywczych.

Naukowcy poprzez szereg eksperymentów wykazali, że roślina nie wytwarza genu CLE53, jeśli nie ma fosforu. Jednak gdy poziomy fosforu w roślinie są wysokie lub jeśli roślina jest już symbiotycznie zaangażowana z grzybami, wówczas poziom CLE53 wzrasta. Ich badania pokazują, że gen CLE53 ma negatywny wpływ na zdolność rośliny do wchodzenia w symbiozę z grzybem, a tym samym najskuteczniej absorbuje fosfor.

Wymagana akceptacja edycji genów

Edycja genomowa roślin jest legalna w wielu krajach poza UE, np. w Chinach, Stanach Zjednoczonych, Szwajcarii czy Wielkiej Brytanii. Jednak w UE nie ma ogólnej akceptacji metod edycji genów, takich jak CRISPR, w celu zmiany roślin i środków spożywczych. Dlatego odkrycie naukowców ma na razie małe szanse na wykorzystanie w Danii i pozostałej części UE, jednak z tej technologii można korzystać w innych częściach świata.

W ciągu pięciu lat rośliny zostaną przetestowane i udoskonalone w taki sposób, aby bardziej współdziałały z grzybami i wchłaniały więcej fosforu.

Fakty:

• 90% wszystkich roślin angażuje się w symbiotyczne związki z grzybami mikoryzowymi, które, jak się powszechnie uważa, rozszerzają sieci korzeniowe roślin, pomagając im w ten sposób uzyskać wystarczającą ilość fosforu, wody i innych składników odżywczych.
• Aby skorzystać ze zdolności grzybów mikoryzowych do ekstrahowania fosforu z gleby, roślina musi je karmić tłuszczem i cukrem.
• Szacuje się, że duńskie gospodarstwa nawożą w ilości ok. 30 kg fosforu na 1 ha ziemi.
• Z tego około 30% trafia do upraw, a pozostałe 70% wiąże się z glebą.
• Podczas deszczu część tego nagromadzonego fosforu jest spłukiwana przez spływ powierzchniowy do pobliskich strumieni, jezior i morza. Zwiększa to wzrost glonów co może zabić zarówno rośliny, jak i dziką przyrodę.
• Fosfor jest skończonym zasobem naturalnym, który prawdopodobnie zostanie ostatecznie wyczerpany.
• Badania są finansowane przez Fundację Novo Nordisk i Uniwersytet Kopenhaski.
• Poprzednie badania wykazały, że istnieje podobny mechanizm symbiozy między roślinami strączkowymi a bakteriami ryzobu. Dotyczyło to również genu CLE, choć innego niż odkryli badacze.

Źródło: https://academic.oup.com/jxb/article/doi/10.1093/jxb/eraa193/5822653