Ученые изучили, как бобовые привлекают бактерии, фиксирующие азот
Ученые на один шаг приблизились к тому, чтобы предоставить большему количеству растений возможность использовать азотфиксирующие бактерии, что уменьшит потребность в удобрениях, и в свою очередь, снизит затраты для фермеров и смягчит воздействие на окружающую среду. Об этом 1 февраля пишет издание Agropages.
«Некоторые бактерии, живущие в почве, способны преобразовывать атмосферный азот в одну из форм, которую могут использовать растения — это называется азотфиксацией. Несколько видов растений, в основном из семейства бобовых, развили корневые клубеньки, которые привлекают и размещают эти бактерии. Эти клубеньки позволяют растению поглощать азот, фиксируемый бактериями, а взамен бактерии получают сахар от растения», — сказал Матиас Кирст, профессор геномики растений в Школе лесных, рыбных и геоматических наук UF/IFAS и член Института генетики Уфа.
«Большие вопросы, которые у нас есть, заключаются в том, можем ли мы научить другие растения образовывать клубеньки, и будут ли эти клубеньки привлекать азотфиксирующие бактерии?» — спрашивает Кирст.
Прежде чем ответить на эти вопросы, ученым необходимо лучше понять, как бобовые, изначальные азотфиксирующие растения, образуют свои собственные клубеньки. Обнаружение этого сложного процесса может позволить ученым воспроизвести его на других растениях, сказал Кирст, старший автор нового исследования, раскрывающего этот процесс.
«Когда бобовые вступают в контакт с азотфиксирующими микробами, мы знаем, что происходит большой всплеск растительного гормона, называемого цитокинином, и это приводит к образованию клубеньков. В этом исследовании мы хотели получить в реальном времени картину того, когда происходит этот всплеск и где происходит активность растений, образующих клубеньки», — сказал Кирст.
Чтобы наблюдать за этим последовательно, исследовательская группа использовала метод, который вызывает флуоресценцию в присутствии цитокинина — область светится в темноте — что позволяет исследователям видеть перемещение гормона. Они обнаружили, что активность цитокинина происходит в два этапа. На первом этапе цитокинин вырабатывается во внешнем слое корня и перемещается внутрь. На второй стадии эта внутренняя часть корня выталкивается наружу, как воздушный шар, образуя узелок.
Исследование также показало, что эта вторая стадия активности цитокинина контролируется геном, называемым IPT3. Они подтвердили это как с помощью метода флуоресценции, так и путем наблюдения за растениями, у которых отсутствовал ген IPT3. У растений с отсутствующим геном образования клубеньков не происходило, что говорит исследователям о том, что этот ген играет ключевую роль в этом процессе.
«С биологической точки зрения у каждого растения есть ингредиенты для образования клубенька, но все дело в экспрессии нужного гена в нужное время и в нужном месте. Это то, что мы узнаем из этого исследования. Мы надеемся применить это понимание к разработке растений, которые могут образовывать конкреции», — пояснил Кирст.
После этого следующий большой вопрос заключается в том, переместятся ли азотфиксирующие бактерии в эти конкреции, сказал Кирст.
Исследование, опубликованное в журнале Plant Physiology, было подготовлено междисциплинарной группой исследователей из UF/IFAS, Университета Висконсина в Мэдисоне и Исследовательского института Noble. Исследование было поддержано грантом министерства энергетики США.
