Генетический переключатель позволяет растениям принимать азотфиксирующие бактерии.

от

Учёные на шаг ближе к пониманию, как некоторые растения выживают без азота

Исследователи стали на шаг ближе к пониманию того, как некоторые растения выживают без азота. Их работа в перспективе может снизить потребность в искусственных удобрениях для таких культур, как пшеница, кукуруза и рис.

Каспер Рёйкьер Андерсен и Симона Радутойу, профессора молекулярной биологии в Орхусском университете, говорят: «Мы на шаг ближе к более экологичному и дружественному к климату производству продуктов питания». Результаты исследования [опубликованы](https://www.nature.com/articles/s41586-025-09696-3) в журнале Nature.

Два исследователя возглавили новое исследование, в ходе которого они обнаружили важный ключ к пониманию того, как можно сократить потребность сельского хозяйства в искусственных удобрениях.

Растениям нужен азот для роста

Растениям необходим азот для роста — питательное вещество, которое большинство сельскохозяйственных культур получают исключительно из удобрений. Однако некоторые растения, такие как горох, клевер и бобы, могут обходиться без него. Они живут в симбиозе со специальными бактериями, которые преобразуют азот из воздуха в форму, доступную для растений.

Сегодня исследователи по всему миру стремятся понять генетические и молекулярные механизмы, лежащие в основе этой уникальной способности, чтобы однажды её можно было передать таким культурам, как пшеница, ячмень и кукуруза.

Это сделало бы растения самодостаточными в плане азота и тем самым снизило бы потребность в искусственных удобрениях, на долю которых в настоящее время приходится около 2% от общего энергопотребления в мире, и которые выделяют большое количество CO₂.

Открытие генетического переключателя

Исследователи определили небольшие изменения в рецепторах растений, которые заставляют их отключать иммунную систему и вступать в симбиоз с азотфиксирующими бактериями.

Растения используют рецепторы на поверхности своих клеток для улавливания сигналов от микроорганизмов в почве. Некоторые бактерии выделяют химические вещества, сигнализирующие о том, что они «враги» и что растения должны защищаться. Другие являются «друзьями», которые помогают обеспечить питание.

Бобовые, такие как горох, бобы и клевер, приглашают специальные бактерии в свои корни. Здесь бактерии преобразуют азот из воздуха и передают его растению. Это сотрудничество называется симбиозом, и именно поэтому бобовые могут расти без искусственных удобрений.

Исследователи обнаружили, что эта способность в значительной степени контролируется двумя аминокислотами — двумя небольшими «строительными блоками» белка в корнях растений.

«Это замечательный и важный вывод», — отмечает Радутойу. Белок в корнях функционирует как «рецептор», который получает сигналы от бактерий. Он решает, должен ли растение подать сигнал тревоги (иммунная система) или приветствовать бактерии (симбиоз).

Исследователи обнаружили небольшую область в белке, которую они назвали «Определитель симбиоза 1». Эта область действует как своего рода переключатель, который определяет, какое сообщение будет отправлено внутрь растительной клетки. Изменив всего две аминокислоты в этом переключателе, исследователи смогли получить рецептор, который обычно запускает иммунный ответ, чтобы вместо этого начать симбиоз с азотфиксирующими бактериями.

«Мы показали, что два небольших изменения могут заставить растения изменить своё поведение в решающий момент — с отвержения бактерий до сотрудничества с ними», — объясняет Радутойу.

В лаборатории исследователи успешно модифицировали растение Lotus japonicus. Но тот же принцип доказал свою эффективность и в случае с ячменём.

«Весьма примечательно, что мы теперь можем взять рецептор из ячменя, внести в него небольшие изменения, и тогда фиксация азота снова заработает», — говорит Рёйкьер Андерсен.

Перспективы велики. Если модификацию можно будет перенести на другие культуры, в конечном итоге можно будет вывести зерновые растения, такие как пшеница, кукуруза или рис, со способностью самостоятельно фиксировать азот — как это делают бобовые сегодня.

«Но сначала мы должны найти другие, важные ключи», — говорит Радутойу. «Сегодня лишь очень немногие культуры могут вступать в симбиоз. Если мы сможем распространить это на широко используемые культуры, это действительно может существенно изменить то, сколько азота необходимо использовать».

Предоставлено [Орхусским университетом](https://phys.org/partners/aarhus-university/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте