Ученые выяснили, как растения реагируют на дефицит калия

Калий является важным питательным элементом для всех живых существ. Растения нуждаются в нем в больших количествах для роста и противостояния стрессам. Они поглощают большое количество калия из почвы.

В сельском хозяйстве это приводит к нехватке доступного калия для сельхозкультур. Поэтому элемент является важным компонентом удобрений. Команда немецких и китайских исследователей впервые показала, где и как растения обнаруживают дефицит калия и адаптируют рост корней для поддержания его запасов.

Исследователи выяснили, что растения очень специфично адаптируются к дефициту калия. Однако загадка, которая все еще оставалась, заключалась в том, как они «обнаруживают» наличие калия в почве и какие механизмы стоят за адаптационными реакциями в растении. Новое исследование проливает свет на эти вопросы. О результатах исследованиях ученых написал портал Seed World.

Ученые изучили растения кресс-салата Arabidopsis thaliana, которые были трансформированы с помощью недавно разработанного белка-репортера калия GEPII. Он позволяет определять под микроскопом концентрацию и распределение ионов калия в клетках и тканях. Даже когда дефицита калия не было, исследовательская группа сделала очень удивительное открытие: концентрация этого питательного вещества в цитоплазме клеток увеличивалась с каждым клеточным слоем внутри корня, от внешней части к внутренней.

Впоследствии команда исследователей изучила, как корни реагируют на дефицит калия. При этом они впервые продемонстрировали, что при дефиците калия в растениях его концентрация снижается только в определенных клетках на верхушке корня.

Эти клетки, расположенные над жизнеспособными стволовыми клетками в верхушке корня, чрезвычайно быстро реагируют на дефицит калия. Концентрация калия внутри клетки (в цитоплазме) снижается в течение нескольких секунд. Ранее не было известно, что определенная группа клеток, расположенная в центре верхушки корня, реагирует на дефицит калия в окружающей среде. Исследователи назвали их группой, чувствительной к калию.

Одновременно со снижением концентрации калия в группе клеток, чувствительной к калию, сигналы распространяются по корню. В качестве вещества – посредника выступает кальций, который контролирует многие процессы в живых организмах. Точно так же, это происходит в случае дефицита калия: сигналы кальция запускают сложный молекулярный сигнальный каскад.

Это вызывает повышенное образование белков, переносящих калий и изменения в дифференцировке тканей в корне, что способствует более эффективному поглощению ионов калия и поддерживает их распределение в растении.

Полученные результаты дают фундаментальное представление о том, как растения обнаруживают дефицит калия. Понимание этих процессов может помочь в будущем применять удобрения более адресно.