Ученые открыли гормональный регуляторный модуль для удлинения корня
В будущем для выращивания сельскохозяйственных культур придется использовать все меньше и меньше азотных удобрений. Поэтому основная цель на сегодня должна заключаться в повышении эффективности использования азота, чтобы уровни урожайности могли оставаться стабильными. Растения реагируют на легкий дефицит азота удлинением боковых корней. Таким образом можно абсорбировать больше азота, чем ранее. Исследователи из Института Лейбница IPK открыли гормональный регуляторный модуль, который опосредует молекулярные процессы этой адаптации. Центральную роль в этом играют брассиностероиды и ауксины. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
Для растений жизненно важно иметь возможность адаптировать свою корневую структуру к изменениям в почве. При небольшом недостатке азота многие растения удлиняют боковые корни. Гормон ауксин играет важную роль в формировании корней. При достаточном поступлении азота от побегов к корням транспортируется достаточно ауксина, чтобы они могли расти.
«Однако при умеренной нехватке азота ауксина, полученного из побегов, его не хватает для адаптации. Таким образом, местный биосинтез ауксина сильно усиливается в кончике корня», — объясняет профессор д-р Николаус фон Вирен, из Института Лейбница IPK.
Но дело не только в ауксине, брассиностероиды также играют важную роль в этом процессе. Они синтезируются в большей степени в случае легкого дефицита азота и передаются как сигнал, стимулирующий рост. Этот сигнал, в свою очередь, необходим для индукции двух генов TAA1 и YUCCA8 в корнях. Таким образом, образование ауксина контролируется и регулируется в соответствии с потребностью в азоте. В конечном итоге таким образом увеличивается удлинение боковых корней.
«В нашем исследовании мы открыли гормональный регуляторный модуль. Новым является то, что мы можем расположить гормоны в иерархическом порядке, то есть брассиностероиды находятся выше ауксина в этом процессе», — говорит профессор д-р Николаус фон Вирен.
Но это еще не все, ученые IPK также обнаружили аллельные вариации в гене YUCCA во время своих исследований на модельном растении Arabidopsis. Это связано с тем, что некоторые природные образцы (линии определенного географического происхождения) демонстрируют более сильное удлинение боковых корней, чем другие при выращивании в условиях умеренного дефицита азота.
Следующая задача — использовать эти открытия для дальнейшего генетического улучшения сельскохозяйственных культур, например, путем разработки генетических маркеров или редактирования генов с использованием технологии CRISPR / Cas.
«Мы также ожидаем таких различий между отдельными линиями образцов ячменя или пшеницы в нашем генном банке», — говорит профессор д-р Николаус фон Вирен.
Кроме того, исследователи IPK хотят исследовать вопросы о том, как растения могут измерять свой внутренний азотный питательный статус и какие факторы могут играть роль в процессе удлинения корней еще до того, как в игру вступят брассиностероиды.
Также читайте: Преимущества пшеницы в севообороте кукуруза-соя
Источник: Институт генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур им. Лейбница
