Учёные обнаружили ключевые питательные вещества, помогающие растениям справляться с жарой
Растения особенно чувствительны к повышению глобальных температур, поскольку не могут регулировать собственную температуру. При высоких температурах они ускоряют рост корневой системы, чтобы поглощать больше воды и питательных веществ.
Однако исследователи из Института Солка обнаружили, что у этого механизма есть серьёзные последствия. Ускоренный рост корней в ответ на жару приводит к снижению уровня двух ключевых питательных веществ — азота и фосфора — в тканях растений, что делает их менее питательными для потребления.
При этом, если в почве мало азота и фосфора, растения возвращаются к медленному росту корней и не могут адекватно реагировать на высокие температуры.
Молекулярный механизм
В модельном растении Arabidopsis thaliana за эту взаимосвязь отвечают два белка:
- HY5 — фактор транскрипции, регулирующий работу генов.
- NRT1.1 — белок, чувствительный к азоту и участвующий в регуляции уровня фосфора и роста корней.
При высокой температуре HY5 и NRT1.1 совместно запускают ускоренный рост корней (термоморфогенез). Но при падении уровня азота и фосфора HY5 начинает подавлять активность NRT1.1, и рост корней замедляется.
У сельскохозяйственных культур, таких как рис и соя, обнаружены похожие белки, имеющие общего генетического предка с HY5 и NRT1.1. Предполагается, что они выполняют аналогичную функцию.
Значение для будущего
Это открытие важно для проекта Salk Ideal Plants, направленного на создание устойчивых к изменению климата культур (пшеницы, риса, кукурузы), способных поглощать углерод.
"То, что высокие температуры истощают эти важные питательные вещества в растениях, — реальная проблема для будущего рациона человека и животных", — говорит старший автор исследования, профессор Вольфганг Буш.
В дальнейшем учёные планируют детально изучить белки, подобные HY5 и NRT1.1, у сельскохозяйственных культур и найти способы создания растений, которые смогут поддерживать рост корней даже при дефиците азота и фосфора в условиях глобального потепления.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications 1 июня 2024 года.