Как растения растут на засоленных почвах
Из-за климатических изменений всё больше сельскохозяйственных земель требуют орошения, что приводит к засолению почв — накоплению ионов натрия и хлорида (Cl-). Высокие дозы хлорида токсичны для растений, в то время как нитрат-анион (NO3-) им необходим как источник азота для синтеза белков и репликации ДНК.
Учёные из Вюрцбурга Диетмар Гайгер и Райнер Хедрих исследовали, как растения различают питательный нитрат и вредный хлорид. Результаты опубликованы в журнале Current Biology.
Два канала фильтруют нитрат и хлорид
В специализированных клетках корней, которые загружают питательные вещества в проводящую систему (ксилему), исследователи обнаружили два анионных канала: SLAH1 и SLAH3, регулирующих поступление нитрата и хлорида.
Изучение генетически модифицированных растений, лишённых SLAH1 или SLAH3, показало, что в соке, поднимающемся в побег, содержание ионов хлорида сократилось вдвое, а уровень нитрата остался неизменным. Это указало на роль обоих каналов в регуляции поступления хлорида.
Биофизические исследования обнаружили «хлоридный переключатель»
Прямые измерения анионного тока через каналы выявили неожиданный результат: SLAH1 сам по себе не проводит анионы, а SLAH3 в основном проводит нитрат.
Противоречие разрешилось, когда учёные выяснили, что два канала образуют функциональный комплекс. При вхождении SLAH1 в комплекс анионный фильтр в SLAH3 переключается с нитрата на хлорид, и наоборот.
Роль переключателя в условиях засоления
При моделировании засолённых почв было обнаружено: чем выше солевая нагрузка на корни, тем больше SLAH1 выходит из анионного канального комплекса. В результате хлорид-проводящий комплекс постепенно переходит в нитрат-проводящее состояние.
Это позволяет растению поддерживать поступление жизненно важного нитрата, не страдая от повышения концентрации токсичного хлорида.
Работа демонстрирует новую концепцию регуляции поступления анионов в проводящей ткани корней. Открытие регуляторного канала SLAH1 может иметь значение для оптимизации солеустойчивости сельскохозяйственных культур.