Несмотря на то, что растения не могут активно добывать пищу, они, тем не менее, могут преодолевать проблемы, связанные с нехваткой питательных веществ или их неравномерным распределением, используя сигнальный механизм на большом расстоянии. Это помогает определить их конкурентный успех и производительность. Например, азот (обычно в форме нитрата) необходим для роста растений, но часто присутствует только в виде участков в почве. Корни, нуждающиеся в азоте, выделяют подвижный растительный гормон (CEP), который перемещается вверх к побегам и в конечном итоге вызывает компенсаторное поглощение азота корнями в более богатых азотом областях. Этот сигнал CEP принимается белком-рецептором в листьях, но молекулы, участвующие в ответном сигнале от побега к корню, были неизвестны.
Исследования Университета Нагои теперь показали, что полипептиды, специфичные для флоэмы (цепочки аминокислот), активируются в ответ на сигнал CEP и включают экспрессию гена переносчика нитратов только тогда, когда нитрат немедленно присутствует в почве. окружающих корень. Об исследовании сообщается в журнале Nature Plants..
Чтобы идентифицировать ген(ы), которые включаются при активации CEP-рецептора, исследователи провели скрининг генетических кандидатов, которые были сильно активизированы после обработки модельного растения Arabidopsis CEP.
Обнаружено, что два гена, соответствующие этому описанию и также регулируемые азотным статусом корней, кодируют полипептиды, которые команда назвала CEPD1 и CEPD2 для CEP нижестоящих 1 и 2 соответственно.
Команда показала, что эти полипептиды накапливаются в корнях, хотя гены, кодирующие их, экспрессируются только в побегах. Это указывало на то, что полипептиды действуют как мобильные нисходящие сигналы от побега к корню.
Затем растения выращивали с разделенными корнями на две части, каждая из которых получала разное количество азота, для изучения роли CEPD1 и CEPD2. «Корни, подвергшиеся воздействию богатой азотом среды, показали повышенную экспрессию гена переносчика нитратов», - говорит соавтор Юрий Окубо. «Однако мутантные растения, у которых гены CEPD1 и CEPD2 были выключены, не показали такой активации переносчика нитратов».
Полипептиды CEPD были обнаружены в одинаковых количествах как в корнях, богатых азотом, так и в корнях, испытывающих недостаток азота. Однако они включили ген переносчика нитратов только на богатой азотом стороне растения. «Поэтому реакция растений на нехватку азота зависит от наличия нитратов в почве, окружающей их корни», - говорит автор-корреспондент Йошикацу Мацубаяси.«Степень этой доступности нитратов в конечном итоге определяет, активирует ли CEPD ген переносчика нитратов».
Такая сложная сигнальная система гарантирует, что растения максимально эффективно получают питательные вещества, и может быть использована для улучшения внесения удобрений и повышения продуктивности растений.