Исследование выявило ключевой ген, защищающий растения от вредных металлов в почве

Избыточное внесение навоза или осадка сточных вод может повысить концентрацию тяжелых металлов, таких как цинк (Zn), в сельскохозяйственных почвах. Хотя цинк является необходимым микроэлементом, в избытке он повреждает чувствительные виды растений.

Ученые из Института Солка обнаружили ген, который помогает растениям справляться с избытком цинка в почве. Результаты, опубликованные в Nature Communications, показывают, что растения толерантны к высоким уровням цинка, удерживая его в клеточных стенках корней. Этот процесс облегчается геном трихомной двулучепреломляемости (TBR).

"Структура клеточной стенки похожа на каркас, который может хранить цинк вдали от остальной части растения, и если ген TBR активен, растения могут запасать больше цинка", — объясняет старший автор Вольфганг Буш.

Способность клеточной стенки накапливать цинк в значительной степени зависит от процесса метилирования пектина, который изменяет структуру молекул пектина, позволяя им поглощать больше цинка. В ходе полногеномного исследования ассоциаций ученые обнаружили, что варианты гена TBR влияют на изменения в метилировании пектина и определяют способность растения переносить более высокие уровни цинка.

Эксперименты проводились на модельном растении Arabidopsis thaliana. Затем ученые проверили механизм на важной сельскохозяйственной культуре — рисе (Oryza sativa). Рис с функциональным геном TBR хорошо рос в почве с токсичным уровнем цинка, в отличие от растений без этого гена. Аналогичный результат был получен на бобовом растении Lotus japonicus.

"Наши данные позволяют предположить, что этот механизм консервативен у всех цветковых растений, к которым относится подавляющее большинство видов и пищевых культур", — говорит Буш.

Это открытие может быть использовано для повышения устойчивости сельскохозяйственных растений к токсичным уровням цинка в почве, что важно для будущего продовольственного снабжения в условиях роста населения и загрязнения почв.