Количество и форма доступных для растений питательных веществ колеблется в почвах, например, в зависимости от влажности почвы или процессов микробной трансформации питательных веществ. Растения чувствуют изменения в своем питательном статусе и реагируют на них, адаптируя рост и развитие своих корней. Эти реакции выражаются в изменении степени ветвления, расширения, размещения и направления роста отдельных частей корневой системы.
Азот – важный минеральный элемент и питательное вещество для растений. Когда доступность азота низкая, корни растений преимущественно превращаются в обогащенные азотом участки почвы, локально расширяя свои боковые корни.
Как только растения сталкиваются с дефицитом азота, они немедленно вызывают реакцию кормления, при которой корни удлиняются, чтобы исследовать больший объем почвы. Регуляторные механизмы, лежащие в основе этой азот-зависимой реакции корней, ранее были неизвестны.
Исследователи из IPK в Гатерслебене теперь обнаружили, что класс стероидных гормонов модулирует кормление корней в условиях низкого содержания азота и, таким образом, определяет степень этой реакции. Результаты были опубликованы в Nature Communications.
В этом исследовании ученые из исследовательской группы «Молекулярное питание растений» под руководством профессора.
N. von Wiren, оценил естественную изменчивость роста корней при умеренном дефиците азота у 200 образцов модельного растения Arabidopsis thaliana. Использование полногеномного картирования ассоциаций при поддержке группы "Heterosis" под руководством профессора. Т. Альтманна, исследователи смогли показать, что BSK3, сигнальная киназа брассиностероида, модулирует степень удлинения корня в условиях низкого содержания азота.
Кроме того, они продемонстрировали, что легкий дефицит азота активирует передачу сигналов брассиностероида за счет повышения уровня транскрипта корецептора брассиностероида BAK1, который увеличивает чувствительность клеток корня к брассиностероидам.
Результаты показывают ранее неизвестную роль растительных гормонов брассиностероидного типа в формировании корневой системы в ответ на дефицит питательных веществ. Это новое понимание позволяет глубже понять регуляцию адаптивных реакций растений на изменение доступности азота, а также открывает перспективу для практического применения в сельском хозяйстве.
Как «основной двигатель роста растений» азот является незаменимым элементом в производстве сельскохозяйственных растений. Тем не менее, азотные удобрения следует использовать с осторожностью, поскольку избыток азота в почве может оказывать пагубное воздействие на окружающую среду, например, приводя к подкислению почвы или эвтрофикации водоемов. Поэтому выращивание культур, которые лучше используют почву для получения питательных веществ, очень желательно, так как они могут потребовать меньше удобрений.
Исследователи этого исследования рассматривают свое открытие регулирующей роли BSK3 как новую возможность подойти к этому вопросу. Используя природные аллельные версии BSK3 или создавая варианты de novo путем точного редактирования генома, селекционеры могли создавать новые сорта сельскохозяйственных культур с более крупной корневой системой, предоставляя видам сельскохозяйственных культур востребованные механизмы, позволяющие лучше работать при низком уровне внесения азотных удобрений.