Новый подход к созданию симбиоза корневых клубеньков у важных сельхозкультур для устойчивых агропродовольственных систем
Бобовые растения не зависят от внешних источников азота, поскольку могут вступать в симбиоз с азотфиксирующими бактериями — ризобиями. Растения распознают эти бактерии и позволяют им колонизировать специальные органы — клубеньки. Уже много лет известно, что за распознавание сигнальных молекул, выделяемых ризобиями, отвечают два рецептора Nod-факторов: NFR1 и NFR5. Однако до сих пор было неясно, как эти рецепторы работают вместе в сигнальных комплексах.
Исследователи из секции молекулярной биологии растений разработали подход, при котором к одному рецептору присоединяли зеленый флуоресцентный белок (GFP), а к другому — нанотело, связывающееся с GFP. Таким образом два рецептора сближались в живой клетке растения.
К удивлению ученых, простого сближения рецепторов с помощью нанотел оказалось достаточно для запуска формирования клубеньков. Тесты с другими рецепторами не дали результата, что показало: для начала симбиотической сигнализации NFR1 и NFR5 должны образовать комплекс.
В долгосрочной перспективе исследователи хотят внедрить симбиоз корневых клубеньков в злаковые культуры. Это позволит сократить использование азотных удобрений, производство которых имеет огромный углеродный след (CO2), и поможет мелким фермерам с ограниченным доступом к коммерческим удобрениям получать стабильные урожаи.
Ученые проверили сигнальный потенциал рецепторов ячменя, сблизив их с помощью нанотел. Оказалось, что ассоциация двух рецепторов ячменя — RLK4 и RLK10 — приводит к образованию клубеньков у лядвенца (Lotus). Этот неожиданный результат очень перспективен, так как может стать важным шагом на пути к созданию сельскохозяйственных культур, способных к симбиозу с азотфиксирующими бактериями.
Исследование опубликовано в журнале Science. Ученые планируют применять новую методику для изучения других важных рецепторных систем и разработки азотфиксирующих злаков для более устойчивой агропродовольственной системы.