Как растения киноа избавляются от избытка соли и процветают на засоленных почвах

Растение киноа (Chenopodium quinoa) — это галофит, естественно солеустойчивое растение, способное расти на засоленных почвах. Исследователи из Вюрцбургского университета выяснили молекулярный механизм, с помощью которого растение накапливает избыток соли в специальных волосовидных пузырчатых клетках на листьях, предотвращая её токсическое воздействие.

Транспорт соли из почвы в солевые пузырьки

При воздействии засоленной почвы ионы натрия (Na+) и хлорида (Cl-) перемещаются от корней через стебель и листья в солевые пузырьки, где в конечном итоге накапливаются в вакуолях. На своём пути они преодолевают несколько мембранных барьеров с помощью специализированных транспортных белков.

Ключевое отличие от неустойчивых к соли культур в том, что эти транспортные белки уже присутствуют в растении до начала солевого стресса. «Эта стратегия позволяет киноа немедленно переносить внезапно возникающую соль в конечное хранилище без дополнительных шагов регуляции генов», — говорит профессор Райнер Хедрих.

Натриевый канал как улица с односторонним движением

Специальный натриевый канал обеспечивает непрерывный транспорт ионов натрия из листа в пузырчатые клетки. «Особенность этого механизма в том, что он предотвращает обратный поток натрия и, следовательно, утечку Na+ обратно в листья, даже когда накопленный натрий достигает очень высоких уровней», — объясняет доктор Дженнифер Бём, первый автор исследования. Этот канал функционирует как предохранительный клапан.

Аналогичным образом растение обеспечивает направленный транспорт ионов хлорида в цитоплазму пузырчатых клеток.

Изоляция соли в вакуолях

Повышенный уровень хлорида натрия в цитозоле токсичен для метаболических процессов. Поэтому киноа изолирует соль в мембраносвязанных вакуолях, расположенных вне метаболически активных частей клетки. Для проникновения в вакуоль ионы должны преодолеть вторую мембрану — тонопласт, где транспорт также осуществляется только в одном направлении.

Перспективы исследований

«Это исследование дало фундаментальное понимание, которое позволит нам в будущем целенаправленно выводить солеустойчивые культуры», — отмечает Хедрих. Следующая задача — изучить, как соль транспортируется через клетки-ножки, соединяющие солевые пузырьки с эпидермисом листа, в конечное место хранения.

Результаты работы опубликованы в журнале Current Biology.