Исследование, проведенное аспирантом Глобального института продовольственной безопасности (GIFS) при Университете Саскачевана (USask), проливает новый свет на то, как белок помогает растениям получать азот и другие важные питательные вещества для роста.
Доктор Муцутомо Токизава (Mutsutomo Tokizawa, PhD), постдокторский научный сотрудник GIFS, является ведущим автором нового исследования совместно с доктором Леоном Кочианом (Leon Kochian, PhD), заведующим кафедрой канадских исследований в области глобальной продовольственной безопасности в USask и руководителем исследовательской группы в GIFS. Исследователи выявили новый регуляторный механизм, который помогает корням растений сохранять ресурсы в почве с дефицитом азота и использовать их для усиленного роста стержневого корня, который может расти вглубь почвы в поисках участков с более высокой концентрацией этого питательного вещества.
Полученные результаты поддерживают долгосрочные инициативы по выведению новых сортов сельскохозяйственных культур с корневыми признаками, которые помогут сельхозпроизводителям оптимизировать внесение удобрений.
«Азот является важнейшим питательным веществом для роста растений, а получение нитратов корнями оказывает большое влияние на продуктивность и качество урожая», — говорит Токизава.
«Архитектура корней значительно изменяется в зависимости от изменения концентрации нитратов в почве, и одной из наших целей в GIFS является создание более совершенных корней у сельскохозяйственных культур, способствующих обеспечению глобальной продовольственной безопасности», — сказал Токизава. Растения усваивают больше азота, чем любого другого питательного вещества, поэтому азотные удобрения составляют большую часть из более чем 200 млн. т азотных, фосфорных и калийных удобрений, которые ежегодно закупаются сельскохозяйственными производителями во всем мире.
В исследовании Токизавы, опубликованном недавно в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS), рассматривается реакция растений на отсутствие нитрата — основной формы, в которой растения получают азотные удобрения, такие как аммиак или мочевина.
Проект родился во время пандемии: Не имея возможности провести предполагаемую лабораторную работу в начале 2020 г., Токизава начал обращаться к данным, собранным во время его аспирантуры в Университете Гифу (Япония), где он работал в лаборатории, где первоначально был обнаружен интересный белок STOP1, связанный с реакцией растений на фосфор и калий.
В статье Токизава совместно с сотрудниками Университета Гифу и другими коллегами из исследовательской группы Кочиана по взаимодействию корней и почвы с микробиомом в GIFS провел серию экспериментов на растениях арабидопсиса, показавших, что STOP1 подавляет рост боковых корней растений, которые растут от основного корня растения, при дефиците нитратов.
В исследовании впервые отмечено, что STOP1 участвует в реакции растений на все три основных питательных элемента — азот, фосфор и калий, необходимых для роста растений.
«Было удивительно увидеть, что STOP1 является белком, участвующим в ряде этих взаимодействий, но по мере того, как мы узнаем больше о растениях, мы понимаем, насколько они сложны, особенно в том, что касается реакции растений на стресс», — сказал Токизава.
По словам Токизавы, открытие команды поднимает несколько вопросов для будущих исследований. Сеть регуляторов, управляющих этими взаимодействиями, чрезвычайно сложна, и необходима дополнительная работа, чтобы понять, как именно растения чувствуют недостаток нитратов в той или иной зоне, пояснил он.
«Очевидно, что корни — это еще относительно неизученная область селекции и улучшения сельскохозяйственных культур, но они должны сыграть важнейшую роль в улучшении реакции сельскохозяйственных культур на изменение климата, особенно на засуху и наводнения», — сказал Кочиан.
Более крупные корни могут также связывать больше углерода в почве. В результате всей нашей работы мы пришли к выводу, что увеличение размера корневой системы может происходить без использования большого количества растительного углерода, также необходимого для урожайности семян, и это повышает эффективность усвоения азота, фосфора и калия. В результате оптимизируются затраты на удобрения и расходы фермеров, а также снижается воздействие на окружающую среду и затраты на восстановление стоков азота и фосфора.
Пишет «World Fertilizer Market»
