Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт теоретической и экспериментальной биофизики
Российской академии наук
ИТЭБ (ru) en
Предложен механизм адаптации растений к колебаниям содержания нитратов в почве
Азот является важным макроэлементом, который влияет на рост и развитие растений, входит в состав хлорофилла, аминокислот, нуклеиновых кислот и вторичных метаболитов. Нитраты являются одним из самых распространенных источников азота в почве. Они всасываются через корни и мобилизуются в другие органы транспортерами нитратов. Дефектная передача сигналов нитратов в растениях вызывает нарушение метаболизма азота, и это отрицательно влияет на системы его транспорта, которые переключаются между режимами с высоким и низким сродством в изменяющихся условиях концентрации нитратов в почве. Недавнее открытие белка-транскриптора нитрата плазматической мембраны NRT1.1 - сенсора транспортера - дает представление об этом механизме переключения. Однако общее механистическое описание все еще остается плохо понятым.

Коллектив авторов из России, Индии, Китая, США, Японии и Канады представил в «Biophysical Journal» статью, иллюстрирующую адаптивные ответы и регуляцию NRT1.1-опосредованной передачи сигналов нитратов в широком диапазоне концентраций внеклеточного нитрата.

Один из авторов статьи, единственный соавтор из России, главный научный сотрудник Лаборатории биофизики возбудимых сред, профессор, доктор физико-математических наук Александр Берельевич Медвинский сообщил пресс-службе ИТЭБ РАН: «В статье представлены, в частности, результаты математического моделирования динамики структуры мембранного белка, транспортёра нитратов, NRT1.1 при вариациях внеклеточной концентрации нитратов и предложен механизм влияния этой динамики на наблюдаемые в природе реакции клеток растений при подобных вариациях нитратов, часто используемых в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Такой (представленный на рисунке) механизм, базирующийся на бистабильности структуры NRT1.1, включает формирование цитозольных кальциевых волн, которые активируют киназу CIPK23. Переходы между двумя динамическими состояниями белка NRT1.1 зависят от внеклеточной концентрации нитратов. Таким образом, представленные в статье результаты позволяют предложить механизм адаптивного ответа растений (в частности, модуляции структуры корней растений и вариацию всхожести семян) на изменения концентрации почвенных нитратов».

Результаты данной работы улучшают понимание механизма адаптации в условиях колеблющейся доступности питательных веществ и являются шагом вперед для повышения эффективности использования азота в растениях.

На рисунке: Графическое представление влияния динамики структуры мембранного белка, транспортёра нитратов, NRT1.1 при вариациях внеклеточной концентрации нитратов на формирование цитозольных кальциевых волн, которые активируют киназу CIPK23.

Источники: M. Rashid, S. Bera, M. Banerjee, A.B. Medvinsky, Gui-Quan Sun, Bai-Lian Li, Adnan Sljoka, A. Chakraborty. Feedforward Control of Plant Nitrate Transporter NRT1.1 Biphasic Adaptive Activity. Biophysical Journal, Available online 22 October 2019
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0006349519308665

Материал подготовила: Алсу Дюкина.
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru