Научный взгляд: как низкий уровень фосфора влияет на выращивание риса

Фосфор — один из макроэлементов, необходимых для роста и развития сельскохозяйственных культур. Высокая урожайность культур зависит от интенсивного использования химических удобрений, в том числе фосфорных. Фосфор является невозобновляемым ресурсом, а чрезмерное производство и применение фосфорных удобрений приводит к нерациональному использованию сельскохозяйственных ресурсов и загрязнению окружающей среды, что в целом неблагоприятно для устойчивого развития сельского хозяйства.

Важно изучить механизмы ответных реакций растений в условиях низкого содержания фосфора, чтобы повысить эффективность его использования, сократить применение фосфорных удобрений и добиться устойчивого развития сельского хозяйства.

Исследования ученых Института генетики и биологии Китайской академии наук показали, что низкий уровень фосфора активирует биосинтез и сигнализацию стригоалактонов для регулирования строения растения риса, поглощения азота и фосфора.

Стриголактоны относятся к классу растительных гормонов, которые регулируют различные биологические процессы и играют важную роль в реакции на дефицит фосфора. Стресс, вызванный низким содержанием фосфора, значительно индуцирует биосинтез стриголактона в рисе, но транскрипционные факторы, регулирующие этот процесс, не были идентифицированы. Механизмы, с помощью которых стриголактон регулирует ключевые параметры архитектуры растений и баланс азота и фосфора в рисе в условиях низкого содержания фосфора, остаются неясными.

Данное исследование показало, что в условиях низкого содержания фосфора основной регулятор фосфорной сигнализации риса OsPHR2 напрямую активирует экспрессию NSP1, NSP2 и генов синтеза стриголактона; NSP1 и NSP2 также образуют гетеродимер, который напрямую связывается с транскрипцией синтеза стриголактона и активирует ее.

Далее стриголактон активирует свой сигнальный путь, ингибируя удлинение почек почвообразователя и уменьшая плотность боковых корней. Интересно, что стриголактоны ингибируют поглощение и транспорт азота и способствуют поглощению фосфора, активируя экспрессию генов фосфорных транспортеров OsPTs.

В ходе исследования также были получены трансгенные растения с более высокой эффективностью использования питательных веществ, улучшенным строением побегов и корней, а также повышенной биомассой и урожайностью зерна в условиях низкого и среднего содержания фосфора.

Результаты научной работы иллюстрируют новый механизм, лежащий в основе баланса азота и фосфора в рисе. Данное исследование предоставляет генетические ресурсы и эффективные стратегии для улучшения архитектуры риса и повышения эффективности использования питательных веществ в условиях низкого содержания фосфора.

В научных подразделениях Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») проводят изучение карантинных и особо опасных инфекционных болезней риса, разрабатывают методы их диагностики. Методические рекомендации по выявлению и идентификации возбудителей болезней используют при карантинных фитосанитарных исследованиях аккредитованные лаборатории Россельхознадзора.

Источник: Kun Yuan et al, Low phosphorus promotes NSP1–NSP2 heterodimerization to enhance strigolactone biosynthesis and regulate shoot and root architectures in rice, Molecular Plant (2023). DOI: 10.1016/j.molp.2023.09.022. www.cell.com/molecular-plant/f … 1674-2052(23)00313-1