W badaniu opublikowanym w Aktualna biologiabadacze donieśli o identyfikacji kluczowych genów kontrolujących stężenie molibdenu w pędach soi i odkryli tajemnicę tego, w jaki sposób nawóz molibdenowy zwiększa plony soi.

Molibden jest pierwiastkiem śladowym niezbędnym do wzrostu roślin. W przypadku roślin strączkowych, zwłaszcza soi, szczególnie ważny jest nawóz molibdenowy. Często zakłada się, że wysokie zapotrzebowanie roślin strączkowych na molibden jest związane ze znaczną ilością molibdenu potrzebnego do symbiotycznego wiązania azotu. Hipoteza ta wydaje się jednak przeczyć praktycznemu stosowaniu dolistnego nawozu molibdenowego, ponieważ w korzeniu następuje wiązanie azotu w brodawkach.

Soja jest najważniejszym roślinnym źródłem białka i oleju w diecie, dlatego soja ma kluczowe znaczenie dla światowego bezpieczeństwa żywnościowego i zdrowia ludzkiego. Jednak pomimo znaczenia soi naukowcy nie byli wcześniej pewni, czy różne odmiany soi wykazują naturalne różnice w wykorzystaniu molibdenu, a jeśli tak, to w jaki sposób taka potencjalna zmiana może wpłynąć na produkcję soi i w jaki sposób można wykorzystać takie różnice.

Obecne badania – z udziałem grupy Chao Daiyina z Centrum Doskonałości w Molekularnej Nauki o Roślinach Chińskiej Akademii Nauk (CAS) i grupy Tian Zhixi z Instytutu Genetyki i Biologii Rozwoju CAS – pomagają odpowiedzieć na te pytania.

Korzystając z badania asocjacyjnego całego genomu i jonomiki, naukowcy zidentyfikowali dwa geny, GmMOT1.1 i GmMOT1.2, które kontrolują naturalną zmienność w pobieraniu i transporcie molibdenianu w soi.

W wyniku dalszej analizy ujawniono pięć głównych haplotypów GmMOT1.1 i GmMOT1.2 w odmianach soi, przy czym haplotyp 5 wykazywał najwyższą ekspresję i zdolność transportu molibdenu, podczas gdy haplotyp 4 wykazywał najniższą ekspresję i zdolność transportu. Seria eksperymentów genetycznych i molekularnych wykazała następnie, że GmMOT1.1 i GmMOT1.2 biorą udział w pobieraniu molibdenianu przez korzenie i transporcie molibdenianu od korzeni do pędów.

Badacze zaobserwowali także, że w przypadku zaburzenia funkcji GmMOT1.1 i GmMOT1.2, zarówno zawartość molibdenu, jak i plon soi uległy znacznemu zmniejszeniu. Natomiast wzmocnienie ich funkcji znacznie poprawiło wykorzystanie molibdenu i plony soi.

Co ciekawe, naukowcy odkryli, że GmMOT1.1 i GmMOT1.2 nie wpływają na zdolność brodawek korzeniowych do wiązania azotu ani na inne procesy asymilacji azotu w soi. Odkryli w liściach soi wiążącą molibden oksydazę aldehydową, która katalizuje syntezę auksyny, a jej aktywność katalityczna zależy od zawartości molibdenu.

Gdy funkcja GmMOT1.1 i GmMOT1.2 jest wzmocniona, stężenie molibdenu w liściach wzrasta, promując syntezę auksyny i wzrost liści, ostatecznie zwiększając plony soi. Wynik ten doskonale wyjaśnia, dlaczego oprysk nawozem molibdenowym bezpośrednio na liście może zwiększyć produkcję soi w rolnictwie.

Co więcej, naukowcy odkryli, że rozmieszczenie różnych haplotypów tych dwóch genów jest ściśle powiązane z pH gleby. Haplotypy hiperfunkcjonalne występują głównie na obszarach gleby kwaśnej o niskiej zawartości molibdenu, podczas gdy haplotypy hipofunkcjonalne występują zwykle na obszarach gleby zasadowej o wysokiej zawartości molibdenu. Wynik ten sugeruje, że te dwa geny można wykorzystać do zaprojektowania markerów molekularnych do hodowli niestandardowych odmian soi dostosowanych do różnych poziomów pH gleby.

Badanie ujawnia podstawy genetyczne leżące u podstaw naturalnej zmienności zawartości molibdenu w soi, odkrywa mechanizm, dzięki któremu dolistny nawóz molibdenowy zwiększa plony soi w uprawach roślin strączkowych oraz identyfikuje markery molekularne dla niestandardowej hodowli soi w oparciu o pH gleby. Podsumowując, zapewnia solidną podstawę naukową do dalszej optymalizacji uprawy soi i strategii hodowlanych w celu uprawy odmian soi efektywnie korzystających z składników odżywczych.