Улучшение роста корней в почве, загрязнённой радиоцезием

Учёные из Центра устойчивых ресурсов RIKEN (CSRS) нашли способ повысить устойчивость растений к цезию — радиоактивному токсину, который может содержаться в загрязнённой почве. Манипулируя определённым биологическим сигнальным путём, исследователи добились того, что растения стали устойчивы к стрессу от цезия: их рост угнетался меньше, по крайней мере, у корней. Эти результаты повлияют на создание растений, способных расти на загрязнённой цезием почве и в других сложных условиях.

После аварии на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году внимание учёных привлекла реакция растений на радиоцезий. Для нормального роста растениям необходимо поглощать калий из почвы. Однако присутствие цезия приводит к тому, что он занимает калиевые каналы в клеточной стенке, блокируя поглощение калия и тормозя рост растений. Предыдущие попытки заблокировать поглощение цезия через модификацию калиевых каналов неожиданно нарушали рост растений сильнее, чем простой дефицит калия. Это навело на гипотезу о существовании уникальных путей, специфичных для накопления цезия.

Команда под руководством Рён Шин использовала профилирование транскриптома для изучения генетической активности в клетках растений. В новом исследовании, опубликованном в Planta, учёные сравнили рост и экспрессию генов у Arabidopsis thaliana в двух стрессовых условиях: при низком содержании калия и в присутствии цезия.

Анализ транскриптома корневых тканей выявил значительные изменения в метаболизме и сигналинге абсцизовой кислоты (ABA). Оказалось, что сигналинг ABA подавлялся при стрессе от цезия, но не при дефиците калия. Исследователи предположили, что принудительное усиление сигналинга ABA сделает растения менее уязвимыми к загрязнению цезием.

В качестве доказательства концепции они протестировали мутантные растения, у которых неактивен важный регулятор ABA. У таких мутантов «тормоз» пути ABA отсутствует, и сигналинг продолжается на высоком уровне. Эти растения показали усиленный рост корней в условиях стресса от цезия, что подтвердило критическую роль ABA в устойчивости к цезию.

«Поскольку рост побегов связан с ростом корней, мы ожидаем, что общий рост также можно улучшить, — говорит Шин, — хотя это необходимо будет проверить в лаборатории».

«Эти результаты имеют глубокие последствия для устойчивого сельского хозяйства и защиты окружающей среды, — отмечает Шин. — Вместо того чтобы просто блокировать поглощение цезия, связанное с поглощением питательных веществ, нацеливание на альтернативные пути передачи сигналов предлагает многообещающий способ повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к токсичным соединениям».