Nowatorska metoda: jak niewielka zmiana białka może zrewolucjonizować rolnictwo
Międzynarodowy zespół naukowców pod kierunkiem prof. Kaspera Røjkjæra Andersena i prof. Simony Radutoiu z Uniwersytetu w Aarhus (Dania) dokonał przełomowego odkrycia, które może zmienić sposób nawożenia upraw. Badacze wykazali, iż wystarczy zmodyfikować dwa aminokwasy w jednym z białek receptorowych korzenia, aby roślina zamiast zwalczać bakterie azotowe — zaczęła z nimi współpracować.
Naturalna symbioza: klucz do samonawożących się roślin
W przyrodzie tylko nieliczne rośliny, takie jak groch, fasola czy koniczyna, potrafią same wiązać azot atmosferyczny dzięki symbiozie z bakteriami. Większość upraw, w tym zboża, wymaga dostarczania azotu w postaci nawozów sztucznych, co generuje znaczące koszty i emisje CO2.
Badania zespołu z Aarhus pozwoliły zidentyfikować niewielki fragment białka korzeniowego, nazwany Symbiosis Determinant 1, który działa jak przełącznik – decyduje, czy roślina aktywuje obronę przed bakteriami, czy podejmuje z nimi współpracę.
Jak działa przełącznik symbiozy?
Rośliny rozpoznają mikroorganizmy glebowe dzięki receptorów na powierzchni komórek. Odpowiedź immunologiczna lub symbioza zależy od odczytu sygnałów chemicznych. Zespół z Aarhus wykazał, iż zmiana zaledwie dwóch aminokwasów w tym białku wystarcza, by receptor z funkcji obronnej przeszedł w tryb wspierania symbiozy z bakteriami wiążącymi azot.
Jesteśmy o krok bliżej do bardziej ekologicznej i przyjaznej dla klimatu produkcji żywności.
– podsumowują prof. Kasper Røjkjær Andersen i prof. Simona Radutoiu.
Potencjał dla zbóż i globalnego rolnictwa
Po udanych testach na modelowej roślinie Lotus japonicus, naukowcy z powodzeniem zastosowali tę metodę w jęczmieniu. To pierwszy krok do inżynierii zbóż takich jak pszenica, kukurydza czy ryż, które mogłyby samodzielnie wiązać azot — podobnie jak rośliny strączkowe.
To naprawdę niezwykłe, iż możemy wziąć receptor z jęczmienia, wprowadzić drobne zmiany i uzyskać działającą symbiozę azotową.
– komentuje prof. Kasper Røjkjær Andersen.
Jeśli uda się przenieść tę cechę do szeroko uprawianych roślin, możliwe będzie zmniejszenie zużycia nawozów azotowych, co w tej chwili odpowiada za około 2% światowego zużycia energii i generuje znaczne emisje CO2.
Wyzwania i dalsze kierunki badań
Choć osiągnięcie duńskich naukowców otwiera nowe możliwości, do pełnego wdrożenia tej technologii potrzeba jeszcze identyfikacji innych kluczowych czynników umożliwiających symbiozę w zbożach.
Tylko nieliczne rośliny potrafią dziś tworzyć symbiozę. jeżeli uda się rozszerzyć tę zdolność na szeroko uprawiane gatunki, może to diametralnie zmienić zapotrzebowanie na nawozy azotowe.
– podkreśla prof. Simona Radutoiu.
Znaczenie dla efektywności i zrównoważonego rozwoju
Odkrycie to może mieć ogromne znaczenie dla efektywności energetycznej i ograniczenia śladu węglowego rolnictwa. Zmniejszenie zużycia nawozów sztucznych to nie tylko oszczędność kosztów, ale także realny krok ku bardziej zrównoważonemu systemowi produkcji żywności.
Źródło: ScienceDaily
