Биологи выяснили, как заставить культуры игнорировать сигнал о насыщении и впитывать из почвы в три раза больше питательных веществ.
Исследователи из Нью-Йоркского университета обнаружили молекулярный механизм, заставляющий растения прекращать поглощение азота при насыщении. Открытие дает ключ к созданию культур, способных усваивать больше питательных веществ из почвы, что позволит существенно сократить применение дорогостоящих и экологически вредных удобрений. Статья опубликована в журнале Plant Cell.
HHO5: «ген сытости» растений
Хотя азотные удобрения обеспечили колоссальный рост урожайности в XX–XXI веках, растения используют лишь около половины, содержащихся в них питательных веществ. Остатки вымываются в водоемы, провоцируя цветение воды, наносящее вред экосистемам, а также способствуют образованию в почве закиси азота — парникового газа, который в 273 раза мощнее углекислого газа по способности удерживать тепло.
Группа ученых под руководством профессора Глории Корруцци сосредоточилась на поиске генов растений, реагирующих на получение различных количеств азота. Оказалось, что сигналы о насыщении этим веществом передает регуляторный белок HHO5. Этот ген активируется, когда растение накапливает достаточно органического азота для транспортировки и синтеза аминокислот.
Как заставить растения эффективно потреблять удобрения
Сам по себе HHO5 подавляет гены, ответственные за всасывание неорганических форм азота из грунта. Однако при взаимодействии с белком WRKY21 он также запускает переработку уже накопленных в организме запасов азота. HHO5 как бы подает команду «я сыт», чтобы растение не тратило энергию на добычу питательных веществ.
«Усвоение и преобразование неорганического азота — крайне энергозатратный процесс. Когда органического азота достаточно, HHO5 блокирует дальнейшее поглощение, позволяя экономить ресурсы», — пояснил ведущий автор работы Уилл Хинкли.
Ученые провели эксперименты на модельном растении Arabidopsis. Генетически модифицированные экземпляры, лишенные белка HHO5, поглощали почти втрое больше азота по сравнению с нормальными растениями. Результат наглядно демонстрирует, что удаление или модификация этого «гена сытости» может сделать культуры заметно более «прожорливыми», вынуждая их активнее вытягивать из почвы питательные элементы. Нью-Йоркский университет уже подал патентную заявку на использование открытия для повышения эффективности усвоения азота растениями.