Фосфор является природным минералом, который необходим для роста и развития растений, и ожидается, что запасы фосфора сельскохозяйственного качества на Земле будут исчерпаны через 50-100 лет. Новое открытие исследователей из Мичиганского государственного университета и Научного института Карнеги меняет их понимание токсичности железа для растений, вызванной низким уровнем фосфора.

«Как только мировые запасы иссякнут, мы не сможем производить больше фосфора », — сказал Хатем Руашед, доцент Колледжа сельского хозяйства и природных ресурсов МГУ и член Института устойчивости растений. «В идеале мы хотели бы иметь возможность использовать меньше фосфора в почве для выращивания растений».

Растения поглощают фосфор из почвы. Когда почва не содержит достаточного количества фосфора, растения будут поглощать из почвы больше железа, которое при повышенном уровне становится токсичным. Предыдущие исследования подтвердили идею о том, что из-за отравления железом корни растения перестают расти. Теперь впервые исследователи из МГУ и Научного института Карнеги обнаружили доказательства того, что корни растений рано перестают расти без каких-либо признаков железа. Это меняет взгляд исследователей на эту проблему.

«Если причиной является токсичность железа, то почему корень перестает расти до того, как железо накапливается в корнях?» сказал Сын Йон «Сью» Ри, новый директор Института устойчивости растений МГУ в Колледже естественных наук и профессор Исследовательского фонда МГУ, в настоящее время работающий в Научном институте Карнеги. «Мы знали, что должно произойти что-то еще».

Используя компьютерные модели для построения сетей регуляции генов, Руашед, Ри и их команда выделили специфический ген, называемый корневой специфической киназой 1 арабидопсиса, который регулирует мишень рапамицина, или комплекса TOR, который является ключевым регулятором развития растений, грибов и животные. Когда растению не хватает фосфора, ген подавляет комплекс TOR, который посылает сигнал корню растения прекратить рост.

«Это первый случай, когда кто-либо связал сигнал дефицита фосфора с киназой TOR в сосудистых растениях », — сказал Ри.

Исследователи подали патент на этот процесс и планируют изучить другие применения этого гена.

«Мы считаем, что это меняет правила игры в области минерального питания растений», — сказал Руашед. «Мы хотим создать растения, корни которых будут продолжать расти, несмотря на ограничение фосфора».