Ученые обнаружили, что цинк играет решающую роль в процессе фиксации азота бобовыми. Это открытие, а также транскрипционный регулятор Fixation Under Nitrate (FUN) могут произвести революцию в бобовом сельском хозяйстве, оптимизировав эффективность урожая и снизив зависимость от синтетических удобрений. Поняв, как цинк и FUN регулируют фиксацию азота, ученые смогут улучшить доставку азота, повысить урожайность и способствовать более устойчивому ведению сельского хозяйства.
Новые знания о цинке могут изменить способы выращивания сельскохозяйственных культур, поскольку растения могут стать более устойчивыми к климатическим условиям. Это означает, что растение может приобрести повышенную стойкость к экстремальным погодным условиям, что не только обеспечит более стабильный урожай, но и снизит потребность в искусственных удобрениях и позволит выращивать бобовые в новых, ранее непригодных для этого районах.
«Бактерии могут сотрудничать с бобовыми, чтобы фиксировать азот из воздуха в корневых узелках. Однако узлы чувствительны к воздействиям окружающей среды, таким как температура, засуха, наводнение, засоленность и высокая концентрация азота в почве», – рассказывает доцент и ведущий автор исследования Цзешунь Линь.
Исследователи из Орхусского университета (Дания) в сотрудничестве с Политехническим университетом Мадрида и Европейским центром синхротронного излучения во Франции обнаружили, что бобовые используют цинк в качестве вторичного сигнала для интеграции факторов окружающей среды и регулирования эффективности фиксации азота. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые обнаружили, что FUN – это новый тип цинкового сенсора, который декодирует цинковые сигналы в узлах и регулирует фиксацию азота.
«Открытие роли цинка как вторичного сигнала в растениях поистине удивительно. Это жизненно важный микроэлемент, и раньше он никогда не рассматривался в качестве сигнала. Проанализировав более 150 000 растений, мы наконец-то идентифицировали цинковый сенсор FUN, пролив свет на этот увлекательный аспект биологии растений», – объясняет Цзешунь Линь.
Ученые установили, что FUN является важным транскрипционным фактором, контролирующим разрушение клубеньков при высоких концентрациях азота в почве: «FUN регулируется особым механизмом, который напрямую контролирует клеточный уровень цинка, и мы показали, что FUN инактивируется цинком в крупные нитевидные структуры и высвобождается в активную форму при низком уровне цинка», – объясняет профессор Каспер Рёйкьер Андерсен.
С точки зрения сельского хозяйства, продолжающаяся фиксация азота может быть полезным признаком, который повышает доступность азота как для бобовых, так и для совместно выращиваемых или будущих культур, которые используют азот, оставшийся в почве после выращивания бобовых. Это поможет заложить основу для будущих исследований, которые предложат новые способы управления сельскохозяйственными системами и сокращения использования азотных удобрений, а также уменьшения их воздействия на окружающую среду.
Последствия этого исследования весьма значительны. Понимая, как цинк и FUN регулируют фиксацию азота, ученые разрабатывают стратегии оптимизации этого процесса в бобовых культурах. Это может привести к увеличению доставки азота, повышению урожайности и снижению потребности в синтетических удобрениях, которые имеют экологические и экономические издержки.
Сейчас исследователи изучают механизмы генерирования и декодирования цинковых сигналов в FUN. Они с нетерпением ждут возможности применить свои открытия на бобовых культурах, таких как конские бобы, соя и коровья капуста.
[Фото: Milada Vigerova / unsplash.com]
