Очевидно, что без внесения азотных удобрений невозможно добиться высокой урожайности, однако, играет значение и то, как именно нитрат в почве стимулирует развитие растений.
При сравнении 200 природных образцов модельного растения резудовидка Таля (Arabidopsis thaliana), выращенных в среде, обогащенной, было отмечено одно наблюдение: у некоторых образцов боковые корни были значительно длиннее, чем у других. Генетический анализ выявил различие в гене под названием MEKK14. Результаты научной работы, выполненной в Институте генетики растений и исследований сельскохозяйственных культур им. Лейбница (IPK), опубликованы в журнале Nature Plants.
«Одна аминокислота в белке MEKK14 определяет, насколько сильно растение развивает боковые корни в присутствии нитратов», — объясняет Сяофэй Чжан, первый автор исследования. Растения, экспрессирующие более активный вариант белка, лучше растут в среде, богатой нитратами.
Этот ген кодирует киназу, белок, способный фосфорилировать и активировать другие белки. «В ходе исследования мы показали, что нитрат активирует обширный сигнальный каскад, включающий несколько киназ и факторов транскрипции, что в конечном итоге усиливает рост боковых корней», — говорит Чжунтао Цзя, начавший эту работу в IPK и завершивший ее в Китайском сельскохозяйственном университете в Пекине.
Это своего рода цепочка сигналов тревоги: нитрат — это триггер, MEKK14 — первый переключатель, а фактор транскрипции CCA1 — центральный координатор. В конечном итоге корни более эффективно исследуют почву в поисках нитрата.
Особый интерес представляет тот факт, что центральный транскрипционный фактор CCA1, активируемый в конце сигнального пути киназы, активирует ключевой ген MEKK14. Это создает петлю усиления.
«Таким образом, мы обнаружили механизм положительной обратной связи, который усиливает сигнал нитратов и заставляет корень непрерывно расти в среде, содержащей нитраты», — объясняет Чжунтао Цзя. Этот цикл обеспечивает долговременную адаптацию корневой системы растения, а не просто кратковременную реакцию.
Однако сигнальный каскад не стимулирует рост напрямую; вместо этого он активирует растительный гормон ауксин. При активации ауксиновой сигнализации увеличивается деление клеток в меристеме и расширение клеток в зоне удлинения, что приводит к образованию более длинных боковых корней.
Но без функционирующего сигнального каскада сигнал ауксина остается слабым. Таким образом, исследователям впервые удалось связать сигналы нитратов, сигнальный каскад MAPK и компонент «внутренних часов» растения (CCA1) с гормоном роста ауксином.
Результаты также открывают новые перспективы в области устойчивого сельского хозяйства. «Наше исследование представляет новый молекулярный подход к улучшению роста корней при достаточном поступлении азота», — объясняет профессор Николаус фон Вирен, руководитель отдела физиологии и клеточной биологии Института физиологии и клеточной биологии и соавтор исследования.
«Если мы сможем выявить варианты генов в сельскохозяйственных культурах, которые по-разному влияют на этот сигнальный каскад, у нас появится новая цель для селекции, которая позволит лучше адаптировать рост корней к доступности азота в почве и, таким образом, более эффективно использовать азотные удобрения», пояснил ученый.
Источник: Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research. На фото: схема экспрессии генов MEKK14 и MEKK13. Источник: Nature Plants (2026). DOI: 10.1038/s41477-026-02225-8