Исследователи из Нью-Йоркского университета определили белковый механизм, который сигнализирует растениям о достаточном насыщении азотом. Открытие может лечь в основу создания сельскохозяйственных культур, более эффективно использующих удобрения, что позволит снизить их негативное воздействие на окружающую среду.
Речь идет о белке HHO5, который работает как молекулярный переключатель. Когда растение накапливает достаточное количество органического азота, этот белок одновременно подавляет поглощение неорганического азота из почвы и стимулирует переработку уже имеющихся в тканях соединений.
Азот – ключевой элемент для роста растений, необходимый для синтеза аминокислот, белков и хлорофилла. В современном сельском хозяйстве для повышения урожайности активно применяют азотные удобрения, однако растения усваивают лишь около половины вносимого вещества. Остатки вымываются в грунтовые воды и реки, провоцируя цветение водорослей, а также способствуют выбросам закиси азота – парникового газа, который значительно активнее углекислого.
Исследование проводили на цветковом растении Arabidopsis thaliana, которое часто используют в качестве модельного организма. Ученые выяснили, что HHO5 – это транскрипционный фактор, то есть регуляторный белок, который влияет на активность других генов. Действуя в одиночку, он блокирует гены, отвечающие за поглощение неорганического азота. Однако в паре с другим белком, WRKY21, он, наоборот, активирует гены, которые отвечают за метаболизм органического азота и защитные реакции растения.
Эксперименты подтвердили ключевую роль белка. Растения, у которых ген HHO5 был отключен, в определённых условиях поглощали почти втрое больше азота, чем обычные. Это доказывает, что белок действует как молекулярный «тормоз», не позволяя растению потреблять излишки.
Авторы работы, которую возглавили Глория Коруцци из Нью-Йоркского университета и Мариана Обертелло из аргентинского Института генной инженерии и молекулярной биологии, отмечают, что простое увеличение поглощения азота не гарантирует успеха. Важно, чтобы растение могло эффективно перерабатывать его в биомассу без ущерба для урожайности, питательной ценности и устойчивости к стрессам. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение этого механизма у таких культур, как пшеница, кукуруза и рис.
Нью-Йоркский университет уже подал заявку на патент, связанный с этим открытием. В перспективе технология позволит вывести сорта, способные усваивать больше азота, что даст возможность аграриям сократить объёмы вносимых удобрений, снизить затраты и экологическую нагрузку.