Механизм ускоренного цветения растений в условиях низкого содержания азота
Международная группа учёных описала молекулярный путь, приводящий к ускоренному цветению растений в почвах с низким содержанием азота. Это открытие может в перспективе повысить сельскохозяйственное производство.
Азот — один из трёх макроэлементов, необходимых растениям для роста. Богатые азотом условия стимулируют вегетативный рост (стебли и листья), но задерживают цветение. В то же время у некоторых растений дефицит азота ускоряет переход от фазы роста к репродуктивной фазе, то есть к цветению. Однако молекулярные механизмы, регулирующие этот процесс, были неизвестны.
Учёные под руководством доцента Такэо Сато из Университета Хоккайдо раскрыли механизм ускорения цветения у модельного растения Arabidopsis thaliana в условиях низкого азота. Результаты опубликованы в журнале PNAS.
Используя обширную базу данных по экспрессии белков Arabidopsis, команда сначала идентифицировала набор белков, активность которых менялась в ответ на уровень азота и которые были связаны с цветением. Одним из них оказался фактор регуляции генов FLOWERING BHLH 4 (FBH4). Эксперименты на растениях с дефицитом FBH4 подтвердили, что именно этот белок ответственен за ускоренное цветение при низком азоте.
Дальнейшее исследование показало, что FBH4 фосфорилируется (активируется) белком SnRK1. Условия низкого азота подавляют активность SnRK1, что приводит к дефосфорилированию FBH4. Дефосфорилированный FBH4 перемещается в ядро клетки и активирует гены, ответственные за цветение. Кроме того, он контролирует экспрессию других генов, жизненно важных для выживания растения при дефиците азота, в частности, связанных с рециклингом и ремобилизацией азота.
Учёные пришли к выводу, что в ответ на недостаток азота растения Arabidopsis точно контролируют через FBH4 экспрессию генов, связанных с развитием и метаболизмом, необходимыми для цветения.
«Гены семейства FBH присутствуют у основных сельскохозяйственных культур, — отмечает Такэо Сато. — Эти культуры также демонстрируют раннее цветение в условиях низкого азота. Если мы сможем контролировать активность FBH у таких растений, это может стать эффективным способом устойчивого повышения урожайности».