Новое понимание реакции растений на питательные вещества может улучшить стратегии управления удобрениями

Новое исследование учёных из Института Карнеги, Университета штата Мичиган и Национального исследовательского института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды Франции раскрывает сложные взаимозависимые реакции на питательные вещества, лежащие в основе потенциально смертельного состояния с низким содержанием хлорофилла — хлороза, связанного с анемичным желтоватым видом листьев. Результаты, опубликованные в Nature Communications, могут привести к более экологичным сельскохозяйственным практикам — с использованием меньшего количества удобрений и водных ресурсов.

Фотосинтез — это сложный биохимический процесс, при котором клетки растений преобразуют энергию Солнца в химическую энергию, а затем используют её для фиксации углекислого газа из атмосферы в молекулы сахара. Он происходит внутри высокоспециализированных органелл растительных клеток — хлоропластов.

Питательные вещества накапливаются в хлоропластах и необходимы для их оптимального функционирования. Исследовательская группа под руководством Хатема Руашеда из MSU показала, что для предотвращения хлороза необходим баланс железа и фосфора.

«Долгое время эксперты считали, что низкое содержание железа является единственной причиной хлороза, и фермеры часто вносили железо для борьбы с пожелтением листьев, — объяснила Сью Ри. — Но недавние работы показали, что другие питательные вещества также играют роль в возникновении этой анемичной реакции».

Чтобы лучше понять, что вызывает хлороз, исследователи решили изучить реакцию на несколько питательных веществ в комплексе, а не по отдельности.

Они обнаружили, что у растений с хлорозом, вызванным дефицитом железа, листья желтели, а фотосинтетическая активность нарушалась, как и ожидалось. Однако, когда из питательной среды также удаляли фосфор, листья растений начинали накапливать хлорофилл и снова зеленели.

Объяснение этой неожиданной реакции кроется в сигнализации между хлоропластом, где происходит фотосинтез, и ядром клетки, где хранится её генетический код.

Междисциплинарный анализ показал, что способность ядра регулировать экспрессию генов в ответ на низкое содержание железа зависит от доступности фосфора. Такая сложная взаимосвязь реакций на питательные вещества показывает, что нам ещё многое предстоит узнать о каналах связи между этими двумя важнейшими органеллами растений.

Выводы команды могут иметь значение для устойчивости продовольственных культур, что особенно важно в условиях меняющегося климата.

«Нам необходимо пересмотреть управление удобрениями, — заключил Руашед. — Если мы предпримем действия, не учитывающие взаимодействие питательных веществ друг с другом, мы потенциально создадим условия, которые обрекают растения на неудачу. Крайне важно исправить этот подход в будущем ради производства продовольствия во всём мире».