Ученые из Нью-Йоркского университета (NYU) определили молекулярный механизм, который сообщает растению о том, что оно «сыто» азотом. Это открытие может позволить создать сельскохозяйственные культуры, которые поглощают значительно больше питательных веществ из почвы, что даст фермерам возможность сократить использование дорогостоящих и экологически опасных удобрений, пишет Phys.org.
Несмотря на то что удобрения позволили увеличить мировые урожаи, их эффективность остается низкой: растения усваивают лишь около 50% вносимого азота. Остальная часть вызывает серьезные экологические и экономические проблемы. С экологической точки зрения, нитраты загрязняют грунтовые воды, провоцируя вредоносное цветение водорослей, а неиспользованный азот преобразуется в закись азота — парниковый газ, удерживающий тепло почти в 300 раз эффективнее углекислого газа. Экономически производство и транспортировка удобрений сопряжены с высокими затратами и зависят от геополитической обстановки.
«Повышение эффективности использования удобрений будет иметь важные экологические, экономические и геополитические последствия», — комментирует Глория Коруцци, профессор биологии NYU и соавтор исследования.
В ходе исследования ученые обнаружили белок-датчик под названием HHO5, который действует как «счетчик калорий» для растения. Когда растение накапливает достаточно органического азота — строительного материала для аминокислот — уровень этого белка повышается. Активированный HHO5 посылает команду корням прекратить поглощение неорганического азота из почвы, тем самым экономя энергию. «По сути, ген говорит растению: “Я сыт”», — объясняет ведущий автор исследования Уилл Хинкли.
Специалисты также выяснили, как именно белок переключается между задачами. В одиночку он подавляет гены поглощения, но при взаимодействии с белком-партнером WRKY21 он, наоборот, активирует процессы переработки уже имеющегося азота.
Чтобы доказать свою теорию, исследователи изучили травянистое растение Arabidopsis thaliana, у которых был искусственно удален ген HHO5. Результаты оказались поразительными: без этого «тормоза» растения поглощали почти в три раза больше азота из почвы, чем обычные экземпляры. «Поскольку удаление HHO5 улучшает поглощение азота, это указывает на то, что модификация этого гена потенциально может привести к ощутимым улучшениям в усвоении удобрений», — отмечает Мариана Обертелло из Института INGEBI в Аргентине.
На основе полученных данных Нью-Йоркский университет уже подал заявку на патент, охватывающий методы повышения эффективности использования азота в сельскохозяйственных культурах. Тем временем в России создали безопасное удобрение из дымового газа. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.