Исследование на модельном бобовом растении раскрывает механизм усвоения железа в ответ на азот

Бобовые растения обладают механизмом (ризобиальный симбиоз) для эффективного усвоения азота — важного макроэлемента для роста — с помощью азотфиксирующих бактерий ризобий. Корневые клубеньки — это органы на корнях растений, которые обеспечивают симбиотические отношения.

Ризобии колонизируют эти клубеньки и фиксируют азот, превращая атмосферный азот в аммиак. Для работы ферментов, катализирующих фиксацию азота, необходимо железо. Однако, где и как железо транспортируется в клубенёк и используется для фиксации азота, в значительной степени было неизвестно.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, учёные использовали модельное бобовое растение Lotus japonicus для проведения транскриптомного анализа в зависимости от статуса азота в организме растения во время процесса ризобиального симбиоза. Были идентифицированы пептиды IRON MAN (IMA), состоящие примерно из 50 аминокислот, которые функционируют системно (в побегах и корнях), чтобы доставлять железо в клубеньки после заражения ризобиями.

Кроме того, функция пептидов IMA была проанализирована у L. japonicus и у Arabidopsis thaliana — растения, лишённого ризобиального симбиоза. У обоих видов растений пептиды IMA поддерживали гомеостаз азота, получая железо в ответ на повышение концентрации азота в организме растения, тем самым регулируя рост.

Исследовательская группа ранее идентифицировала механизм регуляции ризобиального симбиоза в ответ на наличие азота в почве. Данное исследование развивает предыдущие работы, проясняя лежащий в основе механизм усвоения железа в ответ на азот, что углубляет понимание механизмов адаптации растений к окружающей среде.

Эти открытия перспективны для разработки новых технологий, способствующих созданию устойчивого общества, за счёт максимизации способности растений к микробному симбиозу в плане использования питательных веществ.