Ученые нашли способ «убедить» растения дружить с грибами ради урожая

Эффективность современного сельского хозяйства во многом зависит от минеральных удобрений. Фосфорные соединения особенно важны, но их чрезмерное использование может загрязнять водоёмы и даже снижать продуктивность растений. Альтернативный путь — задействовать природные механизмы, в частности микоризу — симбиотическую связь корней с грибами.

Грибница пронизывает почву, становясь продолжением корневой системы. Она доставляет растению фосфаты и другие минеральные вещества, а взамен получает углеводы, которые растение производит в процессе фотосинтеза. Однако растение строго контролирует этот обмен: когда фосфора в почве достаточно, оно подавляет симбиоз, чтобы не тратить энергию на «оплату» грибам.

Молекулярный переключатель симбиоза

Учёные из Германии, работая с модельным бобовым растением Lotus japonicus, обнаружили ключевой регулятор этого процесса — фермент VIH2. Он контролирует выработку особых сигнальных молекул — инозитолпирофосфатов, которые отражают уровень фосфатов в клетке. При дефиците фосфора клетка получает сигнал голодания и запускает программу по добыче фосфатов извне, в том числе через активацию симбиоза с грибами.

Когда фосфатов достаточно, производство этих молекул растёт, и сигнал голодания отключается. Симбиоз затухает. Но исследователи нашли способ вмешаться: они подавили активность фермента VIH2, даже при высоком содержании фосфатов в среде. Растения при этом «поверили», что испытывают нехватку фосфора, и продолжили активно заселять корни грибами.

Устойчивый симбиоз без вреда для растений

Важно, что такой искусственно поддерживаемый симбиоз не навредил растениям. Грибные структуры в корнях оставались стабильными и функциональными, а растения поглощали больше фосфатов и других питательных веществ. Рост и развитие симбионтов не ухудшились.

Открытие механизма работы фермента VIH2 открывает новые перспективы для агротехники. Если удастся применить этот подход к сельскохозяйственным культурам, возможно, удастся снизить зависимость от фосфорных удобрений, одновременно повышая урожайность. Однако авторы исследования подчёркивают: прежде чем метод можно будет внедрять на полях, необходимы дополнительные проверки в реальных условиях.

Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances. Исследователи надеются, что со временем манипуляции с микоризой станут таким же привычным агроприёмом, как внесение удобрений, но гораздо более экологичным.