Китайские учёные выяснили, что при совместной посадке кукуруза и соя задействуют принципиально разные генетические механизмы для адаптации. Кукуруза в ответ на соседство активно наращивает корневую систему для более агрессивного поглощения азота, тогда как соя не увеличивает количество азотфиксирующих клубеньков, а повышает их внутреннюю эффективность. Исследование провели специалисты Северо-Восточного университета в Шэньяне и Ляонинской академии сельскохозяйственных наук.
Учёные проанализировали активность генов в корнях растений, выращенных вместе и по отдельности. В корнях кукурузы изменилась работа 422 генов, в основном тех, что отвечают за метаболизм азота и углерода. Растение активировало гены, кодирующие белки для импорта и переработки нитратов, и одновременно увеличивало биомассу корней. Такая стратегия позволяет кукурузе эффективнее конкурировать за питательные вещества в почве.
Реакция сои оказалась масштабнее и была направлена внутрь. Растение изменило активность 3544 генов – почти в 8,5 раз больше, чем кукуруза, – причём большинство из них (56%) подавило. Соя практически прекратила синтез соединений, которые служат для защиты и привлечения клубеньковых бактерий. При этом количество и масса самих клубеньков, где фиксируется атмосферный азот, не изменились.
Однако анализ показал, что содержание леггемоглобина в каждом клубеньке у сои выросло на 21%. Этот белок защищает ферменты, отвечающие за фиксацию азота, от кислорода и напрямую влияет на их производительность. Таким образом, соя не пытается создать больше «органов» для получения азота, а заставляет эффективнее работать уже существующие, переходя к стратегии оптимизации ресурсов.
Выявленные генетические механизмы могут помочь селекционерам вывести сорта, лучше приспособленные к совместным посадкам. Понимание корневого взаимодействия злаковых и бобовых культур важно для развития устойчивого земледелия, так как позволяет повышать урожайность и сокращать потребность в азотных удобрениях.