Gen, das für das Wurzelhaarwachstum und die Nitrataufnahme in Gräsern erforderlich ist

Wissenschaftler haben ein Pflanzengen gefunden, das das Wachstum von Wurzelhaaren antreibt, den winzigen Strukturen, die Pflanzen dabei helfen, Wasser und Nährstoffe im Boden zu finden.

Das von einem Team um Karen Sanguinet, Forscherin an der Washington State University, identifizierte Gen mit der Bezeichnung „BUZZ“ verursacht schneller wachsende, dichtere Wurzelnetze und kann auch bestimmen, wie Pflanzen Nitrate finden und nutzen, eine wichtige Stickstoffquelle, die für das Pflanzenwachstum unerlässlich ist . Nitrate werden auch in Düngemitteln verwendet, die als Abfluss die Umwelt verschmutzen können. Diese genetische Entdeckung könnte Pflanzenwissenschaftlern letztendlich dabei helfen, Wege für einen nachhaltigeren Pflanzenanbau zu finden.

„Der Nitratabfluss und die Effizienz der Stickstoffnutzung gehören zu den wichtigsten Problemen, mit denen die Landwirtschaft konfrontiert ist“, sagte Sanguinet, außerordentlicher Professor am Department of Crop and Soil Sciences der WSU. „Wenn man die genetischen Mechanismen versteht, die die Nitrataufnahme und -signalisierung steuern, und auch, wie Pflanzen Nitrat besser nutzen können, ist das für die Landwirtschaft, den Boden, das Wasser, die Düngemittelanwendung und den gesamten Stickstoffkreislauf von Vorteil.“

Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Neuer Phytologe, fanden heraus, dass das BUZZ-Gen das Wurzelwachstum – sowohl die Geschwindigkeit als auch die seitliche Wurzelbildung – als Reaktion auf die Nitratkonzentration im nahegelegenen Boden anpasst.

„Die Expression des BUZZ-Gens wird als Reaktion auf Nitrat, Harnstoff und Ammoniak verstärkt, vermutlich damit Wurzeln Stickstoff im Boden finden können“, sagte Sanguinet. „Der Verlust des Gens zeigt einen Phänotyp der Nahrungswurzel, selbst wenn die Nitratversorgung reichlich ist.“

Das Gen wird in sehr geringen Mengen exprimiert und war noch nie zuvor beschrieben worden, was die Suche schwieriger machte.

„Für eine solch sensible Reaktion benötigt die Pflanze ein Gen, das diskret und streng reguliert ist. Das macht es so schwierig, es zu finden“, sagte Sanguinet.

Die Identifizierung des Gens in einer Modellgraspflanze ist auch deshalb wichtig, weil seine Funktion angesichts der Sequenzähnlichkeit zwischen Gräsern wahrscheinlich erhalten bleibt. Damit sind Nutzpflanzen wie Weizen, Reis, Mais und Gerste gemeint. Da diese Nutzpflanzen für die Ernährung der Weltbevölkerung von entscheidender Bedeutung sind, könnte ein Gen, das ihre Fähigkeit, Nitrat zu finden und zu nutzen, steigern könnte, große Auswirkungen haben.

Nachdem die Forscher nun die biologische Rolle des BUZZ-Gens entdeckt und validiert haben, befassen sie sich eingehender mit diesem neu entdeckten Mechanismus.

„Die halbe Miete ist, diesen Punkt zu erreichen“, sagte Sanguinet. „Jetzt entdecken wir coole Dinge darüber, wie Pflanzen das Gen nutzen, das sehr spezifisch für Nitrat und Wurzelsysteme ist. Herauszufinden, wie Pflanzen funktionieren, ist der Grund, warum wir das tun.“

Sanguinet untersucht sowohl Nutzpflanzen als auch Modellarten. Modellarten sind nützlich, weil sie die Grundlage für die Arbeit an Nutzpflanzen legen, die oft schwer zu transformieren sind, und für die Untersuchung spezifischer Genfunktionen. Sie hofft, dass Erkenntnisse wie dieses Gen zu einem erneuten Interesse an der Grundlagenforschung führen werden.

„Wir hoffen, dass die Menschen erkennen, dass es einen Ort zum Entdecken gibt“, sagte Sanguinet. „Wenn Sie nicht die Grundlagenforschung betreiben, die den Grundstein für die Untersuchung molekulargenetischer Wachstumsmechanismen legt, wird die angewandte Forschung nicht möglich sein, die direktere Auswirkungen hat. Es ist alles Teil eines Forschungsbogens. Das ist ein großartiger Anfang für die Arbeit, die das könnte.“ wirklich wichtig sein, und ich freue mich darauf, damit weiterzumachen.

Die Forschung wurde von zwei Doktoranden geleitet. Studenten aus dem Sanguinet-Labor: Thiel Lehman und Miguel Rosas. Die Kollegen von Sanguinet und der WSU arbeiteten mit Wissenschaftlern der South Dakota State University, der Northeast Normal University in China und der University of Massachusetts, Amherst zusammen.