Vědci z Newyorské univerzity (NYU) a argentinského institutu INGEBI popsali mechanismus, kterým rostlina rozpozná dostatek dusíku a utlumí jeho další příjem z půdy. Ústřední roli v něm má protein HHO5: podle množství a formy dusíku mění aktivitu genů souvisejících s příjmem i zpracováním této živiny. Pokusy na modelové rostlině Arabidopsis a izolovaných rostlinných buňkách navíc ukázaly, že rostliny bez HHO5 za určitých dusíkových podmínek přijaly téměř trojnásobek dusíku oproti rostlinám s běžnou hladinou proteinu. Studie vyšla v časopise The Plant Cell.
- Protein HHO5 signalizuje rostlině, že má dostatek organického dusíku.
- HHO5 tlumí geny zapojené do příjmu dalšího anorganického dusíku z půdy.
- Rostliny bez HHO5 přijaly za specifických podmínek téměř třikrát více dusíku.
- Výsledky ukazují možnou cestu k účinnějšímu využívání dusíkatých hnojiv.
Organický dusík spouští signál k omezení dalšího příjmu
Rostliny přijímají z půdy anorganický dusík a následně jej přeměňují na organické formy. Ty využívají mimo jiné při tvorbě aminokyselin, skladování dusíku a jeho transportu na delší vzdálenosti. Celý proces příjmu a přeměny je energeticky náročný, takže pro rostlinu dává smysl jej po dosažení dostatečné zásoby utlumit.
Výzkumníci sledovali geny, jejichž aktivita se mění v závislosti na dávce a typu dusíku. Tak se zaměřili na HHO5, jehož hladina rostla při dostatku organického dusíku. Protein potom plnil dvě úlohy: podporoval geny reagující na organický dusík a metabolismus aminokyselin, zároveň však potlačoval geny potřebné pro příjem dalšího anorganického dusíku.
HHO5 tak funguje jako molekulární signál sytosti: dostatek organického dusíku vede rostlinu k omezení dalšího čerpání této živiny z půdy.
Chování proteinu se měnilo při spolupráci s dalším regulačním proteinem WRKY21. Samotný HHO5 vypínal geny spojené s příjmem anorganického dusíku, zatímco společně s WRKY21 aktivoval signalizaci organického dusíku. Buňky s vysokou hladinou obou proteinů vykazovaly také zvýšenou aktivitu genů reagujících na organický dusík a genů souvisejících s obranou.
Účinnější příjem by mohl snížit ztráty z hnojiv
Výsledek je významný kvůli omezené účinnosti současného hnojení. Rostliny podle studie využijí přibližně 50 procent aplikovaných hnojiv. Podstatná část zbytku může pronikat do vodních zdrojů, poškozovat vodní organismy a podporovat škodlivé množení řas.
Nevyužitý dusík v půdě rovněž přispívá ke vzniku oxidu dusného. Tento skleníkový plyn během stoletého období zachycuje teplo 273krát účinněji než oxid uhličitý. Výroba a přeprava hnojiv navíc představují náklady a podléhají geopolitickým rizikům.
Pokud by plodiny po úpravě tohoto mechanismu dokázaly z půdy získat větší podíl dostupného dusíku, pro zemědělce by to mohlo znamenat menší potřebu hnojiv a současně nižší ztráty do okolního prostředí.
Zjištění ale samo o sobě ještě neprokazuje, že stejná úprava bude stejně fungovat u hospodářských plodin nebo v polních podmínkách.
Praktické využití musí potvrdit pokusy na plodinách
Výzkumníci ověřili roli HHO5 dvěma způsoby. Pomocí genomické techniky DoubleTARGET sledovali v izolovaných buňkách společný účinek proteinů HHO5 a WRKY21. Následně porovnali rostliny Arabidopsis s běžnou hladinou HHO5 a rostliny, kterým tento protein chyběl.
Téměř trojnásobný příjem dusíku u rostlin bez HHO5 podporuje závěr, že protein skutečně ukončuje jeho další čerpání. Současně z něj činí možný cíl pro šlechtění nebo biologické úpravy. Než by však mohl mechanismus ovlivnit zemědělskou praxi, bylo by nutné ověřit jeho účinky u konkrétních plodin a zjistit, zda vyšší příjem dusíku přináší požadovaný užitek bez nežádoucích dopadů na růst.
Považujete účinnější využití dusíku za slibnější cestu než další zvyšování dávek hnojiv?
