Ученые Университета Окаямы (Япония) показали, что многим растениям нужен кремний для защиты от вредителей и экологических стрессов, в том числе от засухи. Особенно важен кремний для многих сортов риса. Учитывая роль риса, как основного продукта питания, и увеличение числа засух из-за повышения глобальной температуры, исследования того, как растения используют кремний особенно важно сегодня.
Кремний (Si) — один из самых распространенных элементов на Земле, который в больших количествах содержится в почве. Хотя Si не является необходимым для наземных растений, многие растения, такие как рис и травы, используют его для создания мощных защитных механизмов против различных экологических стрессов.
Si накапливается в листьях растений в виде аморфного кремнезема (SiO2), который обеспечивает защиту от патогенов, травоядных и таких экологических проблем, как засуха. Понимание процессов, посредством которых растения управляют этим полезным элементом, может повысить устойчивость и продуктивность сельскохозяйственных культур, особенно в условиях изменения климата.
В новом исследовании группа ученых под руководством доктора Наоки Ямаджи из Института растениеводства и ресурсов Университета Окаямы (Япония) обнаружила ключевой сигнальный белок, Shoot-Silicon-Signal (SSS), который регулирует поглощение, распределение и накопление Si в рисе и многих травах. Их исследование было сосредоточено на Oryza sativa, сорте риса, который в значительной степени зависит от накопления Si для здорового роста и продуктивности. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Доктор Ямаджи говорит: «Мы изучали питание растений Si и выявили несколько транспортеров Si для поглощения, распределения и накопления Si. Теперь мы изучили сигнальный белок».
«Кремниевый» белок
SSS — гомолог флоригена, гормона, регулирующего цветение растений. В то время как флориген играет роль в развитии растений, SSS играет важнейшую роль в регулировании Si. Исследователи обнаружили, что когда Si становится доступным, уровень белка SSS в растении падает, сигнализируя растению о необходимости скорректировать потребление Si соответствующим образом. Ученые использовали сорт риса дикого типа (естественного происхождения), модифицированные (мутировавшие) клеточные линии гена SSS и трансгенную клеточную линию риса, содержащую гены белка SSS и зеленого флуоресцентного белка.
У растений риса с измененным геном SSS поглощение Si корнями было значительно снижено, что привело к падению урожая зерна. Это подчеркивает важную роль SSS в регулировании поглощения и накопления Si.
Роль кремния для растений
Полученные результаты имеют большое значение для сельского хозяйства. Используя белок SSS в качестве маркера, ученые смогут лучше оценить потребности растений в Si и, соответственно, оптимизировать внесение удобрений. Это может привести к созданию более устойчивых культур, которые будут лучше справляться с экологическими стрессами, что в конечном итоге повысит производительность и устойчивость сельского хозяйства.
Накопление и регулирование Si помогает растению адаптироваться к условиям окружающей среды. Хотя Si не считается необходимым элементом для роста растений, исследование доказывает его незаменимую роль в качестве адаптивного элемента.
Роль риса в жизни человечества огромна
Ученые придумали рис, внутри которого «растет» мясо Как «отец риса» накормил половину землян: история великого человека Как выращивают рис в XXI веке
Доктор Ямаджи заключает: «Si — это не просто элемент, который накапливают растения, это адаптивный инструмент, который помогает им процветать и выживать. Используя силу Si, мы можем обеспечить более устойчивое и продуктивное сельскохозяйственное будущее».