Вчені відкрили білок, який повідомляє рослинам, що азоту вже достатньо

Рослини не мають нер­во­вої систе­ми, однак вони постій­но оці­ню­ють свій стан і при­йма­ють скла­дні біо­хі­мі­чні ріше­н­ня. Одне з них — коли при­пи­ни­ти погли­на­ти азот із ґрун­ту, щоб не витра­ча­ти зайву енергію.

Саме меха­нізм тако­го своє­рі­дно­го «від­чу­т­тя сито­сті» вда­ло­ся роз­кри­ти дослі­дни­кам із Нью-Йоркського уні­вер­си­те­ту. Вони вияви­ли регу­ля­тор­ний білок HHO5, який сигна­лі­зує росли­ні, що запа­сів азоту вже доста­тньо. Результати дослі­дже­н­ня опу­блі­ко­ва­но в жур­на­лі The Plant Cell.

Чому азот такий важливий

Азот є одним із голов­них еле­мен­тів, необ­хі­дних росли­нам для росту. Він вхо­дить до скла­ду амі­но­ки­слот, біл­ків, нукле­ї­но­вих кислот і хло­ро­фі­лу. Саме тому азо­тні добри­ва стали одні­єю з голов­них при­чин різ­ко­го зро­ста­н­ня вро­жай­но­сті у XX та XXI століттях.

Втім, існує сер­йо­зна про­бле­ма: росли­ни засво­ю­ють лише при­бли­зно поло­ви­ну азоту, який місти­ться в добри­вах. Решта вими­ва­є­ться у водо­йми, спри­чи­ня­ю­чи масо­ве «цві­ті­н­ня» води, або пере­тво­рю­є­ться у ґрун­ті на закис азоту — поту­жний пар­ни­ко­вий газ.

Як працює «білок ситості»

Команда про­фе­сор­ки Глорії Корруцці шука­ла гени, які реа­гу­ють на зміну рівня азоту в клі­ти­нах рослин. Ключовою вияви­ла­ся моле­ку­ла HHO5.

Коли росли­на нако­пи­чує доста­тньо орга­ні­чних спо­лук азоту для син­те­зу біл­ків і транс­пор­ту­ва­н­ня пожив­них речо­вин, цей білок акти­ву­є­ться та подає сигнал, що дода­тко­ве погли­на­н­ня вже не потрібне.

Інакше кажу­чи, HHO5 пра­цює поді­бно до вну­трі­шньо­го регу­ля­то­ра, який пові­дом­ляє: «ресур­сів достатньо».

Один білок керує одразу двома процесами

Дослідження пока­за­ло, що HHO5 не лише вими­кає меха­ні­зми погли­на­н­ня ново­го азоту. Працюючи разом із біл­ком WRKY21, він також акти­вує вико­ри­ста­н­ня вже нако­пи­че­них запа­сів усе­ре­ди­ні рослини.

Такий під­хід дозво­ляє еко­но­ми­ти енер­гію, адже засво­є­н­ня неор­га­ні­чно­го азоту з ґрун­ту є досить витра­тним про­це­сом. За сло­ва­ми авто­рів робо­ти, коли вну­трі­шніх запа­сів виста­чає, росли­ні вигі­дні­ше вико­ри­сто­ву­ва­ти вже нако­пи­че­ний азот, ніж про­дов­жу­ва­ти актив­но добу­ва­ти новий.

Що сталося після вимкнення HHO5

Перевірити роль ново­го білка вчені вирі­ши­ли на Arabidopsis thaliana — росли­ні, яка є одні­єю з голов­них модель­них куль­тур у біо­ло­гії. Генетично моди­фі­ко­ва­ні росли­ни, у яких HHO5 був від­су­тній, про­де­мон­стру­ва­ли неспо­ді­ва­ний резуль­тат. Вони погли­на­ли майже утри­чі біль­ше азоту, ніж зви­чай­ні рослини.

Це під­твер­ди­ло, що саме HHO5 є одним із клю­чо­вих регу­ля­то­рів, який обме­жує подаль­ше засво­є­н­ня пожив­них речо­вин після дося­гне­н­ня доста­тньо­го рівня.

Чому це може бути важливим для сільського господарства

Якщо навчи­ти­ся тим­ча­со­во посла­блю­ва­ти або змі­ню­ва­ти робо­ту HHO5 у сіль­сько­го­спо­дар­ських куль­ту­рах, вони потен­цій­но змо­жуть ефе­ктив­ні­ше вико­ри­сто­ву­ва­ти азот із добрив.

Це може дати одра­зу кіль­ка переваг:

1. змен­ши­ти витра­ти фер­ме­рів на азо­тні добрива;
2. ско­ро­ти­ти забру­дне­н­ня річок і озер;
3. зни­зи­ти вики­ди заки­су азоту;
4. під­ви­щи­ти ефе­ктив­ність вико­ри­ста­н­ня пожив­них речо­вин рослинами.

Водночас авто­ри наго­ло­шу­ють, що нара­зі екс­пе­ри­мен­ти про­во­ди­ли лише на модель­ній росли­ні. Щоб засто­су­ва­ти від­кри­т­тя до пше­ни­ці, куку­ру­дзи, рису чи інших куль­тур, необ­хі­дні дода­тко­ві дослідження.

Що буде далі

Нью-Йоркський уні­вер­си­тет уже подав патен­тну заяв­ку на вико­ри­ста­н­ня цього від­кри­т­тя для під­ви­ще­н­ня ефе­ктив­но­сті засво­є­н­ня азоту рослинами.

Якщо техно­ло­гію вда­сться ада­пту­ва­ти для основ­них сіль­сько­го­спо­дар­ських куль­тур, вона може допо­мог­ти змен­ши­ти вико­ри­ста­н­ня добрив без втра­ти вро­жай­но­сті. Це зро­бить агро­ви­ро­бни­цтво не лише еко­но­мі­чні­шим, а й менш шкі­дли­вим для довкілля.