در میان بسیاری از جام‌های گریزان بیوتکنولوژی کشاورزی، توانایی تثبیت نیتروژن به گیاهان غیر حبوبات مانند غلات در رتبه بالایی قرار دارد.
انجام این کار یک چالش بزرگ است زیرا حبوبات با باکتری هایی به نام ریزوبیا در یک والس همزیستی شریک می شوند که گیاهان را قادر می سازد تا از هوا تغذیه کنند و نیاز به کودهای شیمیایی مضر برای محیط زیست را فراتر ببرند. فرآیند طبیعی برای عمل تناوب زراعی، به طور گسترده برای جلوگیری از فرسودگی خاک از محصولاتی مانند ذرت، که به کاربرد کودهای مصنوعی بستگی دارد، مورد استفاده قرار می گیرد.
این واقعیت که دو ارگانیسم متمایز و بسیار مرتبط - یک گیاه و یک باکتری - می توانند برای اجرای شاهکار کشیدن نیتروژن حیاتی از اتمسفر شریک شوند، تنها یکی از چالش هایی است که مهندسان کارخانه در تلاش برای انجام این کار با آن روبرو هستند. این کیفیت را به سایر محصولات مهم می بخشد.
با این حال، پاسخ به این چالش ممکن است با انتشار اطلس عظیمی از پروتئین‌های گیاهی و باکتریایی که در حال انجام فرآیند همزیستی بین گیاه و میکروب است، یک قدم بزرگتر باشد.
گروهی از دانشگاه ویسکانسین-مدیسون که در بیوتکنولوژی فعلی طبیعت نوشته شده است، بیش از 23000 پروتئین گیاهی و باکتریایی و کنترل‌های مولکولی را توضیح می‌دهد که توسط آنها این رابطه مفید را اجرا می‌کنند. اطلس، که احتمالا جامع ترین موجودی پروتئومی از هر نوع تا به امروز است، با جزئیات جزئی تعامل پروتئین ها را نشان می دهد زیرا ریزوبیا گره های ریشه را در مدل حبوبات Medicago truncatula استعمار می کند.
جاشوا کون، استاد شیمی و شیمی زیست مولکولی UW-Madison، و نویسنده مرتبط اطلس جدید، توضیح می‌دهد: "ما می‌توانیم عمیق‌تر از همیشه به پروتئوم نگاه کنیم." ما می‌توانیم از فناوری برای ارائه دیدی بی‌سابقه از این پروتئین‌ها استفاده کنیم.»
، او می گوید، آن تصویر جدید، درک ما از مکانیک تثبیت نیتروژن را به سطح بی سابقه ای از جزئیات می رساند. از آنجایی که پروتئین‌ها توسط ژن‌ها تنظیم می‌شوند، اطلس جدید در نهایت می‌تواند به ارائه یک استراتژی برای مهندسی توانایی تثبیت نیتروژن حبوبات در گیاهان دیگر کمک کند.
ژان میشل آن، پروفسور باکتری شناسی UW-Madison، همچنین نویسنده گزارش جدید، خاطرنشان می کند: "پیوند دادن اطلاعات پروتئین با شبکه های ژنتیکی مهم است." "این به ما اجازه می دهد تا الگوها را با ارتباط بیان ژن با پروتئین ها ببینیم."
اطلس جدید با استفاده از فناوری جدید طیف‌سنجی جرمی جمع‌آوری شده است، کون، یکی از مقامات برجسته در تکنیکی که به دانشمندان اجازه می‌دهد نمونه‌ای را به اجزای تشکیل‌دهنده آن تجزیه کنند و آنها را با جزئیات دقیق اندازه‌گیری کنند.کون می‌گوید: «پیچیدگی اندازه‌گیری تعداد پروتئین‌ها در یک نمونه حیرت‌انگیز است. "شناخت ژن ها کافی نیست. میلیون ها و میلیاردها روش وجود دارد که می توان پروتئین ها را تغییر داد تا ماموریت جدیدی به آنها داده شود. همه این اطلاعات در سطح پروتئین جدید هستند، و ما می توانیم در سطح جهانی به همه این مولکول ها و نحوه آنها نگاه کنیم. اصلاح می شوند و برخی پیش بینی ها را در مورد عملکرد انجام می دهند."
مطالعه جدید، که عمدتاً توسط کمک های مالی بنیاد ملی علوم پشتیبانی می شود، توسط هارالد مارکس، محقق فوق دکتری در مرکز ژنوم UW-Madison انجام شد. و کاترین مینوگ، دانشجوی سابق فارغ التحصیل در دپارتمان شیمی UW-Madison. مایکل ساسمن، استاد بیوشیمی UW-Madison، و سوشمیتا روی، استاد آمار زیستی و انفورماتیک پزشکی نیز در این مطالعه مشارکت داشتند.
محققان ویسکانسین تأکید می کنند که اگرچه اطلس پروتئین جدید رمز مهمی برای رمزگشایی جزئیات مولکولی همزیستی تثبیت نیتروژن خواهد بود، اما هدف از اعطای این ویژگی به گیاهانی غیر از حبوبات در آینده ای دور باقی خواهد ماند.
کار ویسکانسین با استفاده از حبوبات مدل Medicago truncatula و همزیست ریزوبی آن Sinorhizobium meliloti، سیستمی که حدود 20 سال پیش برای تحقیقات ژنتیکی توسعه یافته بود، انجام شد.
"این نسبت بسیار نزدیک به یونجه است،" آنه، با اشاره به حبوباتی که به طور گسترده در کشاورزی به عنوان بخشی از سیستم های تناوب زراعی استفاده می شود، اشاره می کند.
