эксклюзив
Ученые нашли способ «оволосатить» корни для лучшего поглощения азота.
Исследование ученых из Института генетики растений и исследований сельскохозяйственных растений им. Лейбница показывает, что сигнальный путь ауксина контролирует образование корневых волосков для поглощения азота.
Растения развили разнообразные адаптивные стратегии для оптимизации использования света и почвенных ресурсов из окружающей среды. Одной из наиболее заметных адаптивных реакций является пластичность развития их корневых систем для добычи питательных веществ, чье содержание в почве отличается в пространстве и времени.
Корневые волоски, важнейший компонент, определяющий активную поверхность корня, — мощный морфологический признак, способствующий улучшению усвоения воды и питательных веществ. Они представляют собой отростки эпидермальных клеток, что эффективно увеличивают площадь поверхности корня и облегчают исследование почвы в поисках ресурсов.
Развитие корневых волосков начинается с спецификации судьбы клеток, которая определяет, станет ли эпидермальная клетка клеткой, образующей волосы (трихобласт) или безволосой клеткой (атрихобласт).
«В нашем исследовании мы впервые показали, что дефицит азота сильно стимулирует удлинение корневых волосков у модельного вида Arabidopsis thaliana и что этот ответ имеет решающее значение для жизнеспособности растений в условиях низкого содержания азота. А затем мы объединили подходы транскриптомики, молекулярной генетики и клеточной биологии, чтобы установить, что удлинение корневых волос, вызванное азотом, основано на пространственно скоординированном каскаде передачи сигналов ауксина, который входит в программу развития корневых волосков через эпидермальный транскрипционный модуль RHD6- LRL3», — объясняет профессор, доктор Николаус фон Вирен, руководитель отдела «Физиология и клеточная биология» в Институте Лейбница.
Сигнальный каскад состоит из трех стадий. За счет активации ферментов TAA1 и YUCCA8 низкий уровень азота увеличивает накопление ауксина в верхушке корня (этап 1, синтез). Затем ауксин направляется в сторону зоны дифференцировки корневых волос через транспортеры AUX1 и PIN2 (этап 2, транспорт). По прибытии ауксин активирует факторы транскрипции ARF6 и ARF8, стимулируя транскрипционный модуль RHD6-LRL3, который ограничен эпидермисом и управляет удлинением корневых волосков в ответ на низкий уровень азота (этап 3, передача сигналов).
«В целом, наши результаты показывают, что удлинение корневых волосков представляет собой дополнительную системно-индуцированную стратегию реагирования поиска пищи – азота. Это актуально в связи с устремлением вывести низкоуглеродные культуры, потребляющие меньше синтетических азотных удобрений. Эти результаты добавляют новую страницу к нашему пониманию реакции корневого питания в средах с низким содержанием питательных веществ», — говорит доктор Чжунтао Цзя, первый автор исследования. Он подчеркнул, что более обильные и длинные корневые волоски можно считать относительно дешевой стратегией для создания новых культур с повышенной эффективностью поглощения азота.
(Источник и графика: Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research. На изображении вы видите как модельное растение Arabidopsis thaliana реагирует на дефицит азота образованием более длинных корневых волосков. В основе этого многоэтапного процесса лежит синтез, транспорт и передача сигналов растительного гормона ауксина).
