Китайські вчені створили метод оцінки ефективності азоту в чаї

Азотні добрива широко застосовуються на чайних плантаціях для підвищення вмісту амінокислот і покращення якості чаю, проте це часто відбувається на шкоду здоров'ю ґрунту та води. Надмірне внесення азоту спричиняє вимивання нітратів і викиди парникових газів, що загрожує екологічній стійкості. Традиційні методи оцінки ефективності використання нітратів є трудомісткими та чутливими до умов навколишнього середовища, що обмежує їхнє застосування у великомасштабних селекційних програмах. Крім того, молекулярна координація транспортування та відновлення нітратів у деревних культурах, таких як чай, залишається недостатньо вивченою.

Дослідники з Інституту чайних досліджень Китайської академії сільськогосподарських наук розробили новий метод оцінки ефективності використання нітратів у чайних рослинах на основі чутливості листя до хлорату. Дослідження опубліковане 1 квітня 2025 року у журналі Horticulture Research і розкриває, як різні генотипи Camellia sinensis реагують на обробку нітратами та хлоратами. Інтегруючи фізіологічні вимірювання з транскриптомним аналізом, команда виявила критичні гени транспортерів нітратів і редуктаз, які керують ефективним поглинанням та розподілом азоту.

Десять сортів чаю з різними кольорами листя та характером росту було перевірено за допомогою обробки нітратом калію та хлоратом калію. Чутливий сорт Zhenong 117 продемонстрував швидке зниження показників SPAD і Fv/Fm — індикаторів вмісту хлорофілу та ефективності фотосистеми II, тоді як сорт Tieguanyin виявив стабільні реакції. Ізотопне маркування підтвердило, що Zhenong 117 транспортував більше нітратів, мічених азотом-15, до нових пагонів, що відображає вищу здатність до поглинання та мобілізації нітратів.

Секвенування транскриптому виявило значну активацію генів, залучених до транспортування, відновлення та асиміляції нітратів у сорту Zhenong 117. Зокрема, гени CsNRT2.4 і CsNPF6.1 забезпечували завантаження ксилеми, тоді як CsNPF4.6, CsNPF1.10 і CsNPF1.11 перерозподіляли нітрати до тканин, що ростуть. Крім того, нітратредуктаза CsNR і нітритредуктаза CsFd-NiR були значно активовані, посилюючи перетворення на амінокислоти. Аналіз мережі коекспресії виявив транскрипційні фактори SBP і bHLH як потенційні регулятори, що ініціюють передачу нітратного сигналу. Дослідження пропонує молекулярну модель, у якій нітрат активує гормональні шляхи, що стимулюють експресію генів транспортерів, таким чином покращуючи ефективність асиміляції азоту у високопродуктивних сортів.

«Наші результати показують, що чутливість до хлорату може слугувати швидким і неінвазивним індикатором ефективності використання нітратів у деревних рослинах», — зазначив професор Лічжі Лонг, відповідальний автор дослідження. «Ідентифікуючи маркерні гени, такі як CsNRT2.4 і CsNPF6.1, ми можемо спрямувати молекулярну селекцію на створення сортів чаю, які ефективніше використовують азот. Це не лише покращує врожайність і якість листя, але й зменшує залежність від добрив, узгоджуючись із глобальними цілями сталого сільського господарства та охорони довкілля».

Стратегія скринінгу на основі хлорату пропонує швидкий, масштабований і екологічно безпечний метод оцінки ефективності використання нітратів у багаторічних культурах. Його інтеграція з молекулярними маркерами може прискорити селекцію азотоефективних сортів чаю, зменшуючи надмірне використання добрив і пом'якшуючи стік азоту. Окрім чаю, цей підхід може бути адаптований до інших деревних культур для виявлення нітратоефективних генотипів.

Дослідження фінансово підтримувалося Національним ключовим проєктом досліджень і розробок, Програмою інновацій у сільськогосподарській науці та технологіях Китайської академії сільськогосподарських наук, Цільовим фондом Китайської системи сільськогосподарських досліджень та Департаментом сільського господарства та сільських справ провінції Чжецзян.

Майбутні дослідження перевірятимуть ці гени-кандидати в польових умовах і далі з'ясовуватимуть регуляторну мережу нітратної сигналізації, зрештою підтримуючи екологічно чисті виробничі системи та сталі сільськогосподарські практики у всьому світі.