Met robotica, computers en geavanceerde genetica hebben onderzoekers van de University of California, Davis en het Cold Spring Harbor laboratorium een kernreeks van genen opgesteld die planten helpen om stikstof te verwerken - de sleutel tot plantengroei en een goede oogst. De onderzoekers hebben hun bevindingen op 24 oktober gepubliceerd in het blad Nature.
“Het stikstofmetabolisme is ontzettend belangrijk voor de plantengroei," vertelt Siobhan Brady, associate professor plantenbiologie bij UC Davis en senior auteur van het onderzoek. De ontdekking van stikstof bemesting meer dan 100 jaar geleden heeft voor een enorme uitbreiding van de agrarische productiviteit gezorgd, waardoor miljarden mensen gevoed kunnen worden. Maar tegelijkertijd hebben overtollige bestrijdingsmiddelen hun weg gevonden naar de bodem, watergangen en oceanen, en zijn hierdoor vele negatieve gevolgen ontstaan.
Door de genen die controleren hoe planten stikstof opnemen en gebruiken te begrijpen, hopen wetenschappers als Brady dat ze veredelaars de hulpmiddelen kunnen geven om rassen te ontwikkelen die minder bemesting nodig hebben of hier beter gebruik van maken.
“Als we planten willen ontwikkelen die efficiënt met stikstof omgaan, moeten we naar deze genen kijken," zei ze. "Dit maakt veel onderzoek mogelijk."
Siobhan Brady, plantenbioloog bij UC Davis, onderzoekt de wortels van tomatenplanten in haar laboratorium. Brady’s team en collega's bij het Cold Spring Harbor laboratorium hebben het netwerken van genen ontdekt dat ervoor zorgt dat plantenwortels stikstof op kunnen nemen en verwerken. Deze informatie kan helpen bij het veredelen van nieuwe rassen. (David Slipher/UC Davis)
Wetenschap vanaf de wortel
“We weten welke genen betrokken zijn bij het samenstellen en vervoeren van stikstof, maar we weten nog niet hoe het stikstofmetabolisme precies gereguleerd wordt," zei Brady.
Belangrijker nog, de meeste van deze genen, die transcriptiefactoren worden genoemd omdat ze de transcriptie (of activiteit) van andere genen controleren, zijn geïdentificeerd in stelen, scheuten en bladeren - maar niet veel in de wortels, waar de stikstof vanuit de aarde in de plant komt.
Brady’s laboratorium wil ontdekken welke netwerken van genen bepalen hoe plantenwortels leven en groeien. En omdat stikstof zo belangrijk is voor planten, zijn student Allison Gaudinier en Brady ervan overtuigd dat transcriptiefactoren voor het stikstofmetabolisme ook gelinkt kunnen worden aan andere belangrijke processen.
Gaudinier gebruikt robotica om transcriptiefactoren tegen honderden genen tegelijkertijd te screenen en te verzamelen. Adjunct Associate Professor Doreen Ware en haar collega's bij het Cold Spring Harbor laboratorium hebben computermethodes gebruikt om te voorspellen welke genen in het netwerk het meest belangrijk waren. Het team van UC Davus kon vervolgens de rol van die genen in planten bestuderen.
De resultaten bestaan uit een kernreeks van genen die van essentieel belang zijn in het stikstofmetabolisme, liet Brady weten.
Bron: UC Davis (Andy Fell)