Изобилието на азот и фосфор в почвата е от значение за растежа при стрес от по-високи температури

Глобалните температури се повишават, като експертите прогнозират увеличение с 2,7 °F до 2050 г. Тъй като растенията не могат да регулират собствената си температура, те са особено чувствителни към тези температурни промени. При по-високи температури растенията дават указания на кореновата си система да расте по-бързо, създавайки дълги корени, които се простират през почвата, за да абсорбират повече вода и хранителни вещества. Макар че тази реакция може да помогне в краткосрочен план, нови изследвания показват, че тя е неустойчива за растенията и потенциално вредна за хората в дългосрочен план.

Изследователи от Института Салк са открили, че

когато определени растения реагират

на високите температури с бърз растеж

на корените, те намаляват нивата на два

важни хранителни елемента - азот и фосфор

- което ги прави по-малко питателни при консумация. В същото време, ако почвата съдържа ниски количества от тези хранителни елементи, растенията се връщат към по-бавен растеж на корените и не реагират адекватно на по-високите температури.

Новите молекулярни подробности за това взаимодействие между растежа на корените и наличието на хранителни вещества при високи температури ще бъдат използвани при разработването на Salk Ideal Plants® – колекция от улавящи въглерод и устойчиви на климатичните промени пшеница, ориз, царевица и други култури в рамките на инициативата Harnessing Plants (Приспособяване на растенията – бел. ред) на института.

„Глобалното затопляне ще доведе до значително повишаване на температурите на Земята и растенията неизбежно ще реагират", казва професор Волфганг Буш от Салк, старши автор на проучването, изпълнителен директор на инициативата Harnessing Plants и завеждащ катедрата по растителни науки към Хес.

„Фактът, че по-високите температури изчерпват тези важни хранителни вещества в растенията, е истинска заплаха за бъдещето на храненето на хората и животните и със сигурност е нещо, което искаме да вземем под внимание, докато работим за създаването на по-устойчиви култури", допълва професорът.

Растежът и развитието на растенията се променят в зависимост от температурите на околната среда в процес, известен като термоморфогенеза. За да получат по-добро разбиране за този процес, изследователите от Салк са проучили Arabidopsis thaliana - малкото цъфтящо растение от семейството на горчицата.

В ранните експерименти те са забелязали, че надземната част на растението, наречена стъбло,

расте по-дълго, когато е изложена

на висока температура

Това е накарало екипа на Салк да се запита как тези температури влияят на корените на растението и дали културните растения, като ориз или соя, биха реагирали по подобен начин.

За да отговорят на тези въпроси, изследователите са повишили температурата и наблюдавали растежа на корените на Arabidopsis, ориза и соята. Точно както растежът на стъблото на Arabidopsis се ускорил при високи температури, така и корените му, както и корените на ориза и соята, ускорили растежа си. Но имало едно предупреждение: бързият растеж зависел от изобилието на азот и фосфор в почвата.

„Азотът и фосфорът са от решаващо значение за растежа, развитието и размножаването на растенията, затова те вече се съдържат в повечето торове", казва Сангва Ли, първи автор на проучването и постдокторант в лабораторията на проф. Буш.

„След като свързахме тези хранителни вещества с термоморфогенезата, сега можем да работим върху създаването на растения и оптимизирането на торове, които

да гарантират, че растежът няма да

бъде ограничен от липсата на азот и фосфор

при бъдещи по-високи температури."

При Arabidopsis връзката между по-бързия растеж на корените и нивата на азот и фосфор зависи от два протеина: HY5 и NRT1.1. HY5 е транскрипционен фактор, тип протеин, който регулира кога конкретни гени се „включват" или „изключват". HY5 контролира генетичните инструкции за NRT1.1 - протеин, който усеща азота и участва в регулирането на нивата на фосфор и координацията на растежа на корените на растенията.

При високи температури HY5 и NRT1.1 работят заедно, за да проведат термоморфогенеза. Но когато нивата на азот и фосфор спадат, HY5 започва да потиска експресията на NRT1.1 и растежът на корените се забавя.

И оризът, и соята имат сходни протеини, които споделят общ генетичен предшественик с HY5 и NRT1.1. Професор Буш казва, че версиите на HY5 и NRT1.1 в ориза и соята ще изискват по-задълбочено проучване, но вероятно ще повлияят на растежа на корените и усвояването на хранителни вещества по подобен начин като HY5 и NRT1.1 в Arabidopsis.

„Сега е ясно, че азотът и фосфорът са ключови за контролирането на растежа на корените при стрес от по-високи температури", казва Буш.

„Това ще бъде от решаващо значение, когато работим за преодоляване на предизвикателствата, които глобалното затопляне поставя пред мащабното производство на питателна храна за нарастващото световно население."

В бъдеще изследователите ще проучат по-задълбочено ориза, соята и други култури, за да определят дали техните протеини, подобни на HY5 и NRT1.1, реагират по подобен начин. Те също така ще търсят начини да се насочат към тези протеини и да разработят култури, които могат да продължат да растат, дори когато азотът и фосфорът са в недостиг.