Ученые научились менять размер съедобных черешков растений

Калий (K) – один из трех важнейших элементов питания растений. Он играет важную роль в таких процессах, как рост клеток, фотосинтез и регуляция водного баланса. Растения поглощают калий из почвы и транспортируют его с помощью специальных калиевых каналов. Понимание механизмов, лежащих в основе жизнедеятельности растений, открывает новые пути для повышения продуктивности сельского хозяйства.

Исследователи Университета Тохоку изучили активность калиевого канала AKT5 у модельного растения Arabidopsis thaliana. Было установлено, что этот канал способствует росту черешков листьев, что в перспективе может быть использовано для разработки эффективных систем земледелия у культур с высокой плотностью посадок.

Поскольку черешки являются съедобной частью многих овощных культур, например, у сельдерея или мангольда, управление активностью AKT5 позволит целенаправленно изменять размер и текстуру этих частей растений в соответствии с запросами потребителей.

Механизм активации AKT5

Ученые установили, что AKT5 активируется путем фосфорилирования, то есть присоединения фосфатной группы к определенной аминокислоте белка. Именно поэтому простого наличия ионов калия (K+) в среде недостаточно для запуска работы канала.

Используя криоэлектронную микроскопию, исследователи определили трехмерную структуру AKT5. Оказалось, что канал обладает способностью к структурной трансформации. Эксперименты показали, что замена всего одной аминокислоты аспартата на аланин в позиции 403 приводит к резкому изменению структуры молекулы, после чего AKT5 начинает транспортировать калий даже без фосфорилирования.

Это доказывает, что в обычном состоянии AKT5 неактивен, а после фосфорилирования переходит в активную форму.

Влияние на рост растений

Анализ локализации AKT5 показал, что этот белок сконцентрирован в черешках листьев. У растений с неактивным геном AKT5 черешки оказались короче обычного.

Черешки играют важную роль в ориентации листьев для эффективного поглощения солнечного света, что особенно важно при высокой плотности посадки. В таких условиях растения с дефицитом AKT5 развиваются значительно медленнее и меньше обычных растений.

Перспективы применения

Результаты исследования позволяют сделать вывод, что AKT5 способствует удлинению клеток черешка за счет поглощения ионов калия, что повышает внутреннее давление в клетках и заставляет их растягиваться.

AKT5 – регулятор, помогающий растениям адаптироваться к условиям скученности. Дальнейшее изучение этого механизма позволит выращивать культуры с высокой плотностью посадки без снижения урожайности.

Важным фактором получения высокого урожая является использование здорового семенного и посадочного материала. Во Всероссийском центре карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора) проводят исследования фитопатогенов, разрабатывают методы выявления и идентификации опасных болезней и вредителей.

Источник: Yuki Muraoka et al, AKT5 is a bona fide potassium channel and controls petiole growth in Arabidopsis, Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeh7630