Исследователи из Орхусского университета обнаружили микроскопический белковый переключатель, который позволяет растениям сотрудничать с бактериями, а не защищаться от них. Это открытие может привести к созданию сельскохозяйственных культур, способных самостоятельно фиксировать азот, резко сокращая мировую потребность в удобрениях.
По словам авторов работы, всего две аминокислотные замены в составе корневого белка превращают рецептор, запускающий иммунный ответ, в рецептор, который поддерживает симбиоз с азотфиксирующими бактериями.
Как работает природный механизм фиксации азота
Растениям необходим азот, но большинство культур получают его только из удобрений. Лишь некоторые виды – горох, клевер, фасоль – умеют вступать в симбиоз со специализированными бактериями, которые превращают атмосферный азот в форму, доступную для растений. Благодаря этому бобовые растут без добавок.
Ученые давно пытаются раскрыть генетические механизмы, позволяющие бобовым “выключать” иммунитет и впускать бактерии в корни. Если этот навык передать ключевым зерновым – пшенице, ячменю, кукурузе, – сельскому хозяйству будет нужен значительно меньший объем удобрений. Сейчас их производство занимает около 2% глобального энергопотребления и сопровождается крупными выбросами CO₂.
Два “строительных блока”, которые меняют поведение растения
Команда Орхусского университета обнаружила участок корневого рецепторного белка, который назвали детерминантом симбиоза 1. Именно он определяет, будет растение “видеть” бактерии как врагов или как партнеров.
Сначала механизм проверили на бобовом растении Lotus japonicus, затем на ячмене – и он сработал.
“Удивительно, что теперь мы можем взять рецептор из ячменя, внести в него небольшие изменения, и тогда фиксация азота снова заработает”, – отметил профессор универститета Каспер Рейкьер Андерсен.
Ученые считают, что перспективы огромны: если подход удастся масштабировать на основные продовольственные культуры, они смогут самостоятельно обеспечивать себя азотом, как бобовые.
Но исследователи подчеркивают: предстоит найти “другие, важнейшие ключи”, прежде чем появятся полноценные азотфиксирующие сорта пшеницы, риса или кукурузы.
