Открытие ученых позволит уменьшить вред от применения удобрений

Растения и грибы помогут улавливать накопленный в почве фосфор

Ученые из Института по исследованию растений Бойса Томпсона в США обнаружили, что определенные гены растений в будущем помогут фермерам регулировать и улавливать находящийся в земле фосфор, сообщает Phys.org.

Открытие сделали в процессе изучения взаимосвязей растений и арбускулярно-микоризных грибов (АМГ). Питание АМГ получают из почвы через гифы (нитевидные образования у грибов, выполняют функцию корней — прим. +1), которые также сплетаются в земле с корнями других растений. В результате соприкосновения корня и гиф происходит обмен различными веществами: растения отдают жирные кислоты, получая взамен от грибов фосфаты (соли фосфорных кислот — прим. +1) и азот.

Отдавать грибам жирные кислоты довольно сложно для растений, поэтому они контролируют процесс колонизации своих корней гифами. Чтобы узнать, как это происходит, ученые Мария Харрисон и Лена Мюллер изучили у двух видов растений гены CLE, которые кодируют CLE-пептиды (белки, состоящие из короткой цепочки аминокислот, — прим. +1). Исследователи выяснили, что два из этих генов отвечают за симбиоз растений и грибов. Первый ген приостанавливает темпы колонизации сразу после того, как она произошла. Второй ген сокращает скорость распространения колонизации, когда у растения есть достаточное количество фосфатов.

Чрезмерное использование удобрений в сельском хозяйстве приводит к накоплению в почве избыточного количества фосфора, который постепенно вымывается и попадает в реки и озера. Фосфор способствует активному росту водных растений, в результате чего в воде снижается уровень кислорода. Это приводит к гибели рыб и другим негативным последствиям.

«Знание того, что грибную колонизацию корней растений можно контролировать, а также поддерживать симбиоз даже в случае высокого содержания фосфатов, может быть полезным для фермеров», — сказала Мария Харрисон. По словам специалиста, можно использовать такие полезные качества АМГ, как поглощение азота и фосфатов. Также грибы могут помогать растениям восстанавливаться после засухи. «Вы можете добиться этих результатов, изменяя уровень CLE-пептидов в растениях», — отметила Харрисон.

Совместно с коллегами из Амстердамского университета ученый Лена Мюллер обнаружила, что CLE-пептиды регулируют синтез растительного гормона стриголактон (растительный гормон, оказывающий влияние на микоризный гриб, стимулирует прорастание спор и порождает изменения, позволяющие грибу оплести корень растения и образовать микоризу — прим. +1). Корни растений выделяют его в почву, а он стимулирует рост АМГ и процесс колонизации. После того как гифы захватывают корни, а также при наличии достаточного количества фосфатов в растении, гены CLE подавляют синтез стриголактона, препятствуя дальнейшей колонизации.

По словам ученых, еще в начале 2000-х их коллеги обнаружили, что растения могут контролировать колонизацию корней. Однако до настоящего времени никто не понимал молекулярного механизма этого процесса. В дальнейшем ученые собираются выяснить, какие именно молекулы заставляют гены реагировать в ответ на колонизацию и высокий уровень фосфатов.

Ранее ученые Эксетерского университета в Великобритании выяснили, что пестициды и антибиотики, которые применяются в сельском хозяйстве, присутствуют в ручьях и реках по всей Европе. Эксперты предупреждают, что загрязнение опасно для природы и может способствовать развитию микробов, устойчивых к существующим лекарствам. Пестициды также признали одним из факторов резкого сокращения численности многих насекомых, а также птиц, которые ими питаются.