Как сигнализация брассиностероидов удлиняет корни при дефиците азота

Как неподвижные организмы, растения полагаются на свою способность адаптировать развитие и рост корней в ответ на изменение условий питания. Один из таких ответов, наблюдаемый у растений, выращенных в условиях низкого содержания азота, — удлинение первичных и боковых корней для исследования окружающей почвы. Эта адаптация к нехватке азота представляет особый интерес, поскольку отражает «стратегию фуражирования», позволяющую корневой системе использовать питательные вещества из большего объема почвы. До недавнего времени это был наименее изученный азот-зависимый ответ корней. Ученые из IPK в Гатерслебене идентифицировали гормональный путь, регулирующий корневую фуражировку в условиях низкого азота, и сигнальный компонент, модулирующий интенсивность этого ответа. Эти открытия открывают возможность селекции сельскохозяйственных культур с корневыми системами, обеспечивающими более эффективное поглощение азота.

Растения ощущают изменения в своем питательном статусе и реагируют на них, изменяя рост и развитие корней. Азот — важный минеральный элемент и питательное вещество для растений. Когда доступность азота низкая, растения немедленно запускают ответ фуражирования, при котором корни удлиняются, чтобы исследовать больший объем почвы. Регуляторные механизмы, лежащие в основе этого ответа, ранее были неизвестны. Исследователи из IPK в Гатерслебене обнаружили, что класс стероидных гормонов модулирует корневую фуражировку в условиях низкого азота и тем самым определяет степень этого ответа. Результаты опубликованы в Nature Communications.

В этом исследовании ученые из группы «Молекулярное питание растений» под руководством проф. Н. фон Вирена оценили естественную изменчивость роста корней при легком дефиците азота у 200 аксеников модельного растения Arabidopsis thaliana. Используя полногеномный ассоциативный анализ при поддержке группы «Гетерозис» под руководством проф. Т. Альтманна, исследователи смогли показать, что BSK3 (brassinosteroid signaling kinase) модулирует степень удлинения корней при низком азоте. Кроме того, они продемонстрировали, что легкий дефицит азота активирует сигнализацию брассиностероидов, повышая уровень транскриптов ко-рецептора брассиностероидов BAK1, что усиливает чувствительность клеток корня к брассиностероидам.

Результаты раскрывают ранее неизвестную роль гормонов типа брассиностероидов в формировании корневых систем в ответ на дефицит питательных веществ. Это новое понимание позволяет глубже изучить регуляцию адаптивных ответов растений на изменения доступности азота, а также открывает перспективы для практического применения в сельском хозяйстве.

Азот как «основной драйвер роста растений» является незаменимым элементом в сельскохозяйственном производстве. Однако азотные удобрения следует использовать с осторожностью, так как их избыток в почве может негативно влиять на окружающую среду. Поэтому селекция культур, которые лучше используют почву для получения питательных веществ, крайне желательна, поскольку они могут требовать меньше удобрений. Исследователи видят в своем открытии регуляторной роли BSK3 новую возможность для решения этой задачи. Используя естественные аллельные версии BSK3 или создавая de-novo варианты с помощью точного редактирования генома, селекционеры могли бы разрабатывать новые сорта сельскохозяйственных культур с более крупными корневыми системами, давая культурам столь необходимые механизмы для лучшей работы при низких дозах азотных удобрений.