Как растения приспосабливаются к изменениям концентрации азота в почве

Ученые выяснили, как работают системы чувствительности к азоту у растений.

Азот является основным минеральным веществом, необходимым для роста и жизнедеятельности растений.

Концентрация этого макроэлемента в почве может значительно колебаться в диапазоне нескольких порядков – от микромолярного количества до миллимолярного. Чтобы справиться с такими колебаниями, в процессе эволюции растения разработали сложные системы чувствительности к азоту и его поглощению и транспортировке внутри растения, рассказывает официальный сайт Российской академии наук.

Биофизики и математики из Центрального университета Раджастана (Индия), Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (РФ), Шанхайского университета (КНР) и Калифорнийского университета (США) изучают эту сложную систему. Результаты их исследований были опубликованы в апрельском номере журнала iScience.

Недавние исследования поглощения растениями азота на молекулярном уровне продемонстрировали существование и функционирование двух различных систем: транспортной системы с высоким сродством (аффиностью) к азоту и транспортной системы с низким сродством к этому веществу.

При низкой концентрации азота работает система с высокой афинностью, если же азота много — с низкой аффинностью. Важнейшим элементом обеих систем является рецептор чувствительности к азоту и его соединениям NRT1.1. Оказалось, что именно этот рецептор способен выбирать оптимальную для растения систему поглощения азота в зависимости от его концентрации.

«Детальное понимание действия молекулярного механизма этого рецептора необходимо для повышения эффективности использования необходимых для роста растений питательных веществ, содержащихся в почве, на которой эти растения произрастают», – комментирует исследование один из авторов работы, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Лабораториеи биофизики возбудимых сред ИТЭБ РАН Александр Берельевич Медвинский.

С помощью структурного анализа белковой молекулы, составляющей NRT1.1, ученые выяснили, что этот рецептор состоит из двух одинаковых протомеров, которые расположены асимметрично, и именно эта асимметрия обеспечивает функциональную основу для двух разных систем чувствительности к азоту. Молекулы азота, связывающиеся с NRT1.1, приводят к изменениям конформации его протомеров. Конформационные изменения протомеров рецептора вызывают аллостерический эффект — изменяются свойства NRT1.1, что в основном связано с фосфорилированием аминокислоты тирозина 101 в одном из протомеров изучаемого рецептора. Это фосфорилирование в свою очередь контролирует димеризацию протомеров NRT1.1.

Совместная работа международной команды ученых приоткрывает возможность для понимания деталей тонких механизмов взаимодействия живых организмов и окружающей среды, что в очередной раз показывает нам насколько эти взаимодействия сложны и интересны.