Как корни регулируют поглощение марганца

Любой опытный садовод, сажая новое растение, обратит внимание на состояние корней и постарается как можно меньше их травмировать. И это понятно: система является важнейшей частью растения и выполняет множество функций, начиная от закрепления в субстрате и заканчивая синтезом гормонов. Но главное, что через корневую систему растение в течение всей своей жизни получает из почвы макро- и микроэлементы, участвующие в физиологических процессах. Именно поэтому растениям нужны инструменты, с помощью которых они могут анализировать содержание тех или иных минералов в тканях.

Исходя из этого предположения, сотрудники Мюнстерского университета в Германии провели исследование, в ходе которого выявили механизм, позволяющий растениям распознавать нехватку марганца. Объектом исследования выступили представители модельного вида Arabidopsis thaliana.

Наблюдая за процессами в тканях корня растения, исследовательская группа заметила особую группу клеток, которая остро реагировала на изменение уровня марганца. Эта группа клеток выделялась тем, что во время дефицита марганца концентрация кальция повышалась и падала несколько раз со средней частотой в 30 минут.

Как выяснили ученые, колебания кальция, вызванные нехваткой марганца, запускают в работу два специальных фермента — так называемые кальций-зависимые протеинкиназы (CPK21 и CPK23). Стоит отметить, что именно повышенное содержание кальция блокирует поглощение марганца, поэтому такая связь в работе ферментов вполне объяснима. Как только молекулы ферментов освобождаются от кальция, они становятся неактивными. Ученые предполагают, что каждый раз, когда меняется уровень кальция, ферменты снова активизируются. Дело в том, что в ходе физиологических процессов эти ферменты взаимодействуют с транспортером марганца NRAMP1 и влияют на поглощение минерала. Таким образом, ферменты работают, пока уровень марганца в клетках не будет достаточным.

Марганец — жизненно важный минерал для любого растения. Он участвует в процессе белкового обмена, а также обеспечивает расщепление воды в ходе фотосинтеза. Его нехватка ведет к неизбежным нарушениям роста и развития.

Ранее немецкие ученые обнаружили похожие зоны, чувствительные к уровню калия и натрия, которые так же позволяют растениям избегать дефицита этих веществ. Дальнейшее изучение и модификация этих зон может упростить выращивание растений и более точно вносить в почву удобрения.