Мутация в корнях растений может заставить их самих себя удобрять

Исследователи из Орхусского университета обнаружили молекулярный переключатель, который позволяет растениям вступать в симбиоз с азотфиксирующими бактериями, а не бороться с ними. Это открытие может привести к созданию самоудобряющихся зерновых культур.

Как объясняют профессора молекулярной биологии Каспер Рёйкьер Андерсен и Симона Радутою, растения нуждаются в азоте для роста. Большинство сельскохозяйственных культур получают его только из удобрений. Однако бобовые, такие как горох и клевер, образуют партнёрство с бактериями, которые превращают атмосферный азот в усвояемую форму.

Мы на шаг ближе к более зелёному и благоприятному для климата производству продуктов питания.

Учёные во всём мире пытаются понять генетическую основу этой способности, чтобы перенести её на пшеницу, ячмень и кукурузу. Это позволило бы резко сократить использование синтетических удобрений, на производство которых сейчас приходится около 2% мирового потребления энергии.

Датские исследователи выяснили, что способность к симбиозу сильно зависит всего от двух аминокислот — «строительных блоков» в составе корневого рецепторного белка. Этот белок считывает сигналы от бактерий и решает, активировать ли иммунную систему или вступить в сотрудничество.

Команда обнаружила в белке небольшую область, названную «Детерминант симбиоза 1», которая работает как переключатель. Изменив в нём всего две аминокислоты, учёные заставили рецептор, обычно запускающий иммунный ответ, инициировать симбиоз с азотфиксирующими бактериями.

Мы показали, что два небольших изменения могут заставить растения изменить своё поведение в ключевом моменте — от отвержения бактерий к сотрудничеству с ними, — поясняет Симона Радутою.

В лабораторных экспериментах модификация успешно сработала на растении Lotus japonicus, а затем и на ячмене. Это доказывает, что механизм можно перенести на злаки.

Довольно удивительно, что теперь мы можем взять рецептор из ячменя, внести в него небольшие изменения, и фиксация азота снова заработает, — говорит Каспер Рёйкьер Андерсен.

Долгосрочная цель — создать пшеницу, кукурузу или рис, способные самостоятельно фиксировать азот, как бобовые. Однако, как отмечает Радутою, для этого сначала необходимо найти другие важные «ключи» в генетике растений.