Учёные открыли гормональный модуль регуляции удлинения корней

В будущем сельскохозяйственное производство столкнётся с необходимостью обходиться меньшим количеством азотных удобрений. Цель — повысить эффективность использования азота растениями для сохранения уровня урожайности. Растения реагируют на умеренный дефицит азота удлинением боковых корней, что позволяет поглощать больше азота.

Исследователи из Института IPK имени Лейбница обнаружили гормональный регуляторный модуль, управляющий молекулярными процессами этой адаптации. Ключевую роль в нём играют брассиностероиды и ауксины. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Роль гормонов в адаптации

При достаточном азотном питании для роста корней достаточно ауксина, транспортируемого из побега. Однако при умеренном дефиците азота этого ауксина недостаточно, и его локальный биосинтез резко усиливается в кончике корня, — поясняет профессор Николаус фон Вирен.

В этом процессе важна не только роль ауксина. Брассиностероиды также синтезируются в большем количестве при лёгком дефиците азота и передаются как стимулирующий рост сигнал. Этот сигнал, в свою очередь, необходим для индукции генов TAA1 и YUCCA8 в корнях, что контролирует образование ауксина в соответствии с потребностью в азоте и в итоге увеличивает удлинение боковых корней.

Иерархия и генетические вариации

Мы обнаружили гормональный регуляторный модуль. Новым является то, что мы можем выстроить гормоны в иерархическом порядке: в этом процессе брассиностероиды находятся выше по течению, чем ауксин, — говорит профессор фон Вирен.

Учёные также обнаружили аллельные вариации в гене YUCCA8 у модельного растения Arabidopsis. Они связаны с тем, что некоторые природные аксессии (линии определённого географического происхождения) демонстрируют более сильное удлинение боковых корней при умеренном дефиците азота, чем другие.

Перспективы применения

Следующая задача — использовать эти знания для дальнейшего генетического улучшения сельскохозяйственных культур, например, путём разработки генетических маркеров или редактирования генов с помощью технологии CRISPR/Cas. Мы ожидаем подобные различия между отдельными линиями в аксессиях ячменя или пшеницы в нашей генбанке, — отмечает профессор.

Кроме того, исследователи планируют изучить, как растения измеряют свой внутренний азотный статус и какие факторы могут играть роль в процессе удлинения корней ещё до вступления в игру брассиностероидов.