Бобовые растения обладают уникальной способностью взаимодействовать с азотфиксирующими бактериями почвы, известными как ризобии. Бобовые и ризобии вступают в симбиотические отношения при азотном голодании, что позволяет растению процветать без необходимости получения азота извне. Сегодня перед учеными стоит задача перенести этот механизм в небобовые сельскохозяйственные культуры, такие как ячмень или рис, чтобы снизить зависимость от минеральных азотных удобрений, и прогресс есть.
Портал AgroXXI.ru ознакомился с релизом Орхусского университета, в котором сообщается о важном открытии в отношении переноса механизма азотфиксации в зерновые культуры: «На корне бобового растения образуются симбиотические клубеньки, которые легко заселяются азотфиксирующими бактериями. Рецептор клеточной поверхности SYMRK (киназа, подобная рецептору симбиоза) отвечает за передачу симбиотического сигнала от восприятия ризобий к образованию клубенька. Механизм активации рецептора до недавнего времени был неизвестен.
В этом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи определили четыре основных сайта фосфорилирования, которые действуют как катализатор симбиотических отношений между бобовыми растениями и азотфиксирующими бактериями. Начальные этапы симбиотического пути на клеточной поверхности хорошо изучены; однако понимание того, как сигнал передается «вниз по течению», в течение многих лет ускользало от области исследований.
Открытие этих важных сайтов фосфорилирования является важным шагом на пути к передаче способности формировать симбиотические отношения с азотфиксирующими бактериями в сельскохозяйственные растения помимо бобовых культур.
«Мы знали, что рецептор и его активность необходимы для установления симбиоза, но мы не знали, как и почему. Фосфорилирование является распространенным механизмом регулирования активности киназы, поэтому мы предположили, что функция SYMRK связана со специфическим фосфорилированием», - объясняет ученый Николай Абель из Орхусского унивеситета.
Благодаря сотрудничеству с лабораторией Оле Норрегаарда Йенсена из Университета Южной Дании было идентифицировано несколько сайтов фосфорилирования в отдельных областях киназы SYMRK. Исследователи смогли сузить основные сайты, истощая или имитируя фосфорилирование in vivo. В частности, четыре сайта в N-концевой области SYMRK при мутации давали сильные фенотипы.
«Мы изучаем влияние сайт-специфических мутаций, создавая варианты рецепторов и повторно вводя их в растения, лишенные функционального рецептора SYMRK. Наблюдение либо спонтанного клубенька без ризобий, либо отсутствия клубеньков, несмотря на их присутствие, указывает на то, что мы нацелились на элемент, имеющий решающее значение для симбиотического пути», — говорит Абель.
Чтобы понять, где расположены идентифицированные сайты фосфорилирования на киназы SYMRK, исследователи определили структуру внутриклеточного домена SYMRK.
«Нам нужно было сопоставить сайты фосфорилирования со структурной моделью киназы SYMRK, чтобы по-настоящему понять, как эти сайты фосфорилирования обеспечивают последующую передачу сигналов. Мы идентифицировали структурно консервативный мотив в N-концевой альфа-спиральной области, который мы назвали «мотив альфа-I». Эта область содержит четыре консервативных сайта фосфорилирования», — объясняет исследователь Малита Норгаард.
Темно-серый цвет — кристаллическая структура, светло-серый — смоделированная структура. Авторы: Абель, Норгаард и другие исследователи, участвовавшие в научной работе.
Долгосрочная цель состоит в том, чтобы обеспечить симбиоз корневых клубеньков у таких важных культур, как ячмень, кукуруза и рис. Для выращивания этих культур требуется большое количество азотных удобрений, что приводит к выбросам CO 2 и затратно для мелких фермеров.
Исследователи полагают, что благодаря успешной идентификации сайтов фосфорилирования, имеющих решающее значение для запуска программы клубнеобразования у бобовых растений, эти новые знания имеют многообещающее значение для перевода свойств азотфиксации в другие сельскохозяйственные культуры».
Источник: Aarhus University.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.