В США изучили влияние комбинаций веществ на фотосинтез растений
Взаимодействие веществ в растениях, способствующих фотосинтезу, изучала международная группа ученых в США, 10 декабря пишет издание Science Daily.
Новая работа ученых Университета Карнеги, Университета штата Мичиган, и Национального исследовательского института сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды во Франции раскрывает сложные, взаимозависимые реакции на питательные вещества, лежащие в основе потенциально смертельного состояния с низким содержанием хлорофилла, называемого хлорозом, которое связано с анемичным желтым цветом растения.
Их выводы, опубликованные способствовать Nature Communications, могут помочь внедрению более экологически безопасных методов ведения сельского хозяйства — с использованием меньшего количества удобрений и меньших водных ресурсов.
Фотосинтез — это сложный биохимический процесс, с помощью которого клетки растений преобразуют энергию Солнца в химическую энергию, которая затем используется для превращения углекислого газа из атмосферы в молекулы сахара. Это происходит внутри узкоспециализированных органелл растительных клеток, называемых хлоропластами. Питательные вещества накапливаются в хлоропластах и необходимы для их оптимального функционирования.
Исследовательская группа, возглавляемая Хатемом Руачедом из MSU и включающая Сью Ри из Карнеги, Хе-Ин Нам, Яннив Дороне, Софи Кловез и Кангмей Чжао, показала, что для предотвращения хлороза необходим баланс железа и фосфора. Проект был инициирован, когда Руашед был приглашенным ученым в Карнеги из Франции, что стало возможным отчасти благодаря щедрой поддержке Брижит Бертелемо для развития франко-американского исследовательского сотрудничества.
«В течение долгого времени эксперты считали, что низкое содержание железа является единственной причиной хлороза, и фермеры часто применяли железо для борьбы с пожелтением листьев, — пояснил Ри. — Но недавняя работа показала, что другие питательные вещества играют роль в возникновении этой анемической реакции».
Чтобы лучше понять, что делает листья хлоротичными, исследователи решили изучить реакцию на несколько питательных веществ согласованно, а не поодиночке.
Они обнаружили, что растения с хлорозом, вызванным дефицитом железа, желтеют и фотосинтетическая активность, как и ожидалось, пострадает. Однако, когда при этом был удален фосфор, листья растения начали накапливать хлорофилл и снова стали зелеными.
Объяснение этой неожиданной реакции заключается в передаче сигналов между хлоропластом, где происходит фотосинтез, и ядром клетки, где хранится ее генетический код.
Междисциплинарный анализ показал, что способность ядра регулировать экспрессию генов в ответ на низкий уровень железа зависит от доступности фосфора. Такое сложное наслоение откликов на питательные вещества показывает, что еще многое предстоит узнать об этих каналах связи между этими двумя важнейшими органеллами растения.
Выводы команды могут иметь значение для устойчивости пищевых культур, что особенно важно в условиях меняющегося климата.
«Например, нам нужно переосмыслить управление удобрениями», — заключил Руашед.
«Если мы предпримем действия, которые не принимают во внимание то, как питательные вещества взаимодействуют друг с другом, мы потенциально создаем условия, которые заставляют растения терпеть неудачу. Крайне важно, чтобы мы исправили это мышление, продвигаясь вперед на благо производства продуктов питания во всем мире».
