Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Перспективы селекции агрономически эффективных сортов растений

10.11.2018

В последние два десятилетия в большинстве программ по изучению особенностей роста и развития растений в зависимости от уровня азотного питания в качестве модельного объекта использовался арабидопсис (Arabidopsis thaliana). Основной задачей исследований являлась идентификация основных компонентов ЭИА и их QTL (Yano, 2001) в условиях длительного и кратковременного азотного голодания во взаимосвязи с метаболизмом углерода. Идентифицировано множество дифференциально экспрессируемых генов, предположительно играющих ключевую роль в адаптации растений к недостаточному азотному питанию. Хотя только некоторые гены, имеющие гомологов в бактериальных и дрожжевых белках, определенно принимали участие в трансдукции сигналов азотного и углеродного метаболизма (например, гены PU, SNF1 и TOR), ни на трансгенных, ни на мутантных растениях не удалось точно показать, что только соответствующие этим генам белки задействованы в процессе адаптации. Недавно было обнаружено, что сверхэкспрессирование транскрипционного фактора DOF1 влияет на активацию некоторых генов, кодирующих белки ферментов метаболизма органических кислот, и это приводит к повышению темпов роста растений и содержания азота на низком азотном фоне. Таким образом, манипулирование уровнем экспрессии регуляторных белков может служить хорошей альтернативой для увеличения ЭИА культур, хотя нет прямых доказательств аналогичной роли фактора DOF1 у злаковых. Был идентифицирован ряд QTL арабидопсиса, связанных с ЭИА, количеством общего, минерального и органического азота, биомассой и продуктивностью растений в условиях различных уровней азотного питания, а также разработаны модели азотного питания. Точное картирование и позиционное клонирование вышеупомянутых локусов в ближайшем будущем может обеспечить всесторонний взгляд на ключевые гены азотного стресса. Особого внимания заслуживает взаимосвязь развития корневой системы с ЭПА и ЭИП. Так как поглощение азота является одним из основных показателей ЭИА для большинства культур в условиях минерального стресса, исследования нужно ориентировать на изучение размеров и структуры корневой системы на различном агрофоне в полевых условиях.

Для более полного и точного понимания регуляции ЭИА и связанных с ней селекционных задач необходимо вести комплексные исследования, включающие генетические, физиологические и агрономические аспекты. В молекулярно-генетических исследованиях основной задачей является идентификация QTL и связанных с ними генов, влияющих на накопление биомассы и формирование урожая в условиях минерального стресса. Для идентификации наиболее важных аллелей, контролирующих экспрессию QTL минерального стресса, наиболее приоритетным направлением является маркерная селекция. Однако следует учитывать, что ЭИА является комплексным признаком, поэтому определяющие его гены не обязательно связаны только с метаболизмом азота, а могут кодировать углеродный метаболизм или другие процессы в растении.

С помощью молекулярно-физиологических методов необходимо исследовать в онтогенезе растений динамику и взаимосвязь поглощения азота, его ассимиляции и рециркуляции в растении в условиях различного азотного питания. Такие комплексные исследования предполагают параллельный мониторинг изменения белкового состава и экспрессии генов в различных органах в разные фазы развития растения. Это позволит идентифицировать участки генома с генами, контролирующими динамику азота и его баланс в растении на протяжении всего его жизненного цикла. Этого можно достичь с помощью робототехнических платформ, позволяющих определять активность огромного числа ферментов и содержание множества метаболитов, связав последние с профилированием транскриптов и активностью ферментов. Далее, используя 15N можно определить генетическую вариабельность динамики распределения азота в растении, чего нельзя достичь даже профилированием метаболитов. Эти исследования можно проводить на клеточном уровне путем мониторинга метаболитов и экспрессии генов по органам растения. В результате можно выявить, почему разные генотипы дают одинаковый конечный урожай, совершенно по-разному организуя свое «азотное хозяйство».

Все большее распространение получают модели, позволяющие изучить изменения, происходящие в условиях минерального стресса как в отдельных частях и процессах растения, например корневой системе, так и в растении в целом или на популяционном уровне. С помощью моделирования можно оценить изменения в росте, развитии и продуктивности растения в различных условиях среды, а также более рационально использовать вносимые удобрения и воду. Моделирование способствует определению параметров модельного сорта по простым физиологическим признакам, так как последние связаны с генетической регуляцией в условиях минерального стресса. На модельных растениях также планируется проводить идентификацию QTL и оценку взаимодействия генотип х среда в различных условиях выращивания. Важно, что с помощью моделей можно даже просчитать поведение аллельных комбинаций, не присутствующих в исходной популяции.

Регулирование ЭИА посредством системных биологических методов в ближайшем будущем может обеспечить большую интеграцию молекулярно-генетических технологий в процесс селекции, что приведет к восстановлению взаимосвязи между фундаментальными и практическими исследованиями.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: