Растения рода Banksia экономят фосфат с максимальной эффективностью
Растения на выщелоченных почвах Западной Австралии выработали особую стратегию для преодоления дефицита фосфора. Учёные из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка вместе с коллегами из Университета Западной Австралии в Перте обнаружили, что растения семейства Протейные (Proteaceae), в частности рода Banksia, радикально сокращают содержание рибосомальной РНК (рРНК). Рибосомы — главные потребители фосфора в клетке. Такой подход позволяет экономить не только фосфор, но и воду. В условиях глобального истощения запасов фосфора стратегии Протейных могут быть полезны для оптимизации сельскохозяйственных культур.
Экстремальные условия и адаптация
Растения в Западной Австралии выживают в условиях жары, редких осадков и крайне низкого содержания фосфата в почве. Фосфор жизненно важен: он входит в состав сахаров, белков, ДНК, клеточных мембран и АТФ. Его дефицит снижает фотосинтез и рост.
Однако растения Banksia процветают на почвах, где фосфата в 100 раз меньше, чем на неудобренных землях Европы. Секрет — в двух адаптациях:
- Корневая система с тонкими волосками, эффективно извлекающими каждый атом фосфора.
- Жёсткая экономия внутри растения.
Стратегия экономии: меньше рибосом
Основная экономия происходит за счёт нуклеиновых кислот, на которые приходится 30–50% всего клеточного фосфора. Особенно сокращено количество рибосомальной РНК.
- В зрелых листьях Banksia рибосом в 2–4 раза меньше, а в молодых — в 10–40 раз меньше, чем у модельного растения Arabidopsis thaliana.
- Меньше рибосом — меньше синтез белков и ферментов. Это замедляет рост, но не вызывает симптомов фосфорного голодания. Более того, избыток фосфора для них смертельно опасен.
Обратная сторона адаптации
«Растения можно "удобрить до смерти", так как они не могут остановить поглощение фосфата», — объясняет Марк Штитт. Другие растения при переудобрении просто блокируют его поступление. Учёные полагают, что Протейные, адаптировавшись к постоянному дефициту, просто утратили этот защитный механизм, так как в их древних, выветренных почвах избытка фосфора никогда не возникало.
Экономичный рост
Растения также экономят фосфор при формировании новых листьев. Вместо одновременных инвестиций в рост листа и сборку фотосинтетического аппарата (что требует много рибосом и фосфора), они сначала наращивают структуру листа, и только потом производят хлорофилл.
Перспективы для сельского хозяйства
Следующий этап исследования — выяснить, можно ли использовать стратегии Протейных для создания более экономных к фосфору сельскохозяйственных культур, и не приведёт ли это к нежелательным последствиям, например, снижению урожайности.
Глобальный контекст
Фосфор — редкий ресурс. Почти 75% мировых запасов фосфатных руд сосредоточено в Марокко и Западной Сахаре, ещё 15% — в Китае, Алжире, Сирии, ЮАР и Иордании.