Зеленый - это цвет, который почти повсеместно ассоциируется с растениями, и на то есть веские причины. Зеленый пигмент хлорофилл необходим для способности растений производить пищу; но что произойдет, если им этого не хватит?
Новая работа Карнеги, Мичиганского государственного университета 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 анемией., желтый внешний вид. Их выводы, опубликованные Nature Communications, могут способствовать внедрению более экологически безопасных методов ведения сельского хозяйства с использованием меньшего количества удобрений и меньшего количества водных ресурсов.
Фотосинтез - это сложный биохимический процесс, посредством которого растительные клетки преобразуют энергию Солнца в химическую энергию, которая затем используется для связывания углекислого газа из атмосферы в молекулы сахара. Это происходит внутри высокоспециализированных органелл растительной клетки, называемых хлоропластами.
Питательные вещества накапливаются в хлоропластах и необходимы для их оптимального функционирования. Исследовательская группа, возглавляемая Хатемом Руаше из МГУ, в которую вошли Сью Ри из Карнеги, Хе-Ин Нам, Яннив Дороне, Софи Кловез и Канмей Чжао, показала, что баланс железа и фосфора необходим для предотвращения хлороза. Проект был инициирован, когда Руаше был приглашенным ученым в Карнеги из Франции, что стало возможным отчасти благодаря щедрой поддержке Брижит Бертелемот в продвижении франко-американского исследовательского сотрудничества.
«Долгое время эксперты считали, что недостаток железа является единственной причиной хлороза, и фермеры часто применяли железо для борьбы с пожелтением листьев», - объяснил Ри. «Но недавние исследования показали, 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 одновременно, а не по отдельности.
Они обнаружили, что растения с хлорозом, вызванным дефицитом железа, желтеют, а фотосинтетическая активность снижается, как и ожидалось. Однако, когда питательный фосфор также был удален, 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 реакции на питательные вещества показывает, что еще многое предстоит узнать об этих каналах связи между этими двумя важнейшими растительными органеллами.
Выводы группы могут повлиять на устойчивость продовольственных культур, что особенно важно в условиях меняющегося климата.
"Например, нам нужно переосмыслить управление удобрениями", - заключил Руашед. «Если мы предпримем действия, которые не учитывают, как питательные вещества взаимодействуют друг с другом, мы потенциально создадим условия, которые заставят растения потерпеть неудачу. Очень важно, чтобы мы исправили это мышление, двигаясь вперед на благо производства продуктов питания во всем мире».