Фосфор очень редко встречается на Земле и его месторождения сосредоточены в очень небольших с географической точки зрения районах: почти 75 процентов мирового запаса фосфатных пород находится в Марокко и Западной Сахаре, а еще 15 процентов распределено между Китаем, Алжиром, Сирией, ЮАР и Иорданией.
Растения в выщелоченных почвах Западной Австралии выработали особую стратегию для борьбы с дефицитом фосфора.
Вместе со своими коллегами из Западноавстралийского университета в Перте, ученые из Института молекулярной физиологии растений Макса Планка в Гольме недалеко от Потсдама, обнаружили, что растения из рода Банксия, семейства Протейные, подвергли себя значительному сокращению, в частности, свою РНК, находящуюся в рибосомах (рРНК).
Белковые фабрики клетки являются самыми большими потребителями фосфора; таким образом, эти австралийские растения экономят потребление, как фосфора, так и воды.
Поскольку на сегодняшний день мировые запасы фосфора характеризуются серьёзной нехваткой, стратегия Протейных может представлять интерес с точки зрения оптимизации культурных растений за счёт селекции.
Чтобы выжить в Западной Австралии, растения должны быть очень выносливыми. В этом штате царит гнетущая жара, дождь выпадает крайне редко, и в почве практически нигде не найти фосфор в виде фосфатов.
Тем не менее, этот элемент имеет принципиальное значение для выживания растений. Он связывается с сахаром и белками и является составной частью ДНК, клеточной мембраны и энергетического компонента – АТФ.
Если растению не хватает фосфора, то тут же начинает снижаться фотосинтез, а без него растение вряд ли будет расти.
Однако в случае с некоторыми из растений рода Банксия, семейства Протейные ситуация несколько иная. – Эти растения умудряются расти на почвах, которые содержат в сто раз меньше фосфата, чем неплодородные почвы в Европе, – объясняет один из авторов исследования, Марк Ститт.
С одной стороны, это обуславливается их корневой системой, которая напоминают туалетные щетки, всасывающие своими тонкими волосками каждый атом фосфора из почвы.
С другой стороны, эти растения демонстрируют чрезвычайный уровень расчётливости в использовании того небольшого количества фосфора, которое им всё же доступно. Больше всего растения экономят на нуклеиновых кислотах, на которые приходится от 30 до 50 процентов всего фосфора клетки.
Главным образом сокращения затрагивают рибосомальную РНК, компонент клеточной фабрики белка. По сравнению с Протейными, экспериментальное растение арабидопсис обладает в два-четыре раза большим количеством рибосом в своих полностью сформировавшихся листьях, а в молодых листьях, их больше аж в 10 – 40 раз. Меньшее количество рибосом производят меньше белков и ферментов.
В результате растение медленнее растет, но зато и не проявляет симптомы дефицита фосфора. В действительности, единственную опасность для таких зелёных приспособленцев может представлять лишь слишком большое количество фосфора.
Удобрение таких растений может привести к их смерти, поскольку они не могут остановить поглощение фосфата, – отмечает Марк Ститт.
Другие растения просто прекращают потребление фосфора, когда почва им перенасыщена.
Мы до сих пор не знаем, почему приспособившиеся к дефициту фосфора Протейные, больше не в состоянии задействовать механизм остановки потребления.
Мы предполагаем, что они попросту никогда не были в подобной ситуации, так как почвы Западной Австралии очень старые, подвергались выветриванию и в прошлом не получали дополнительные фосфаты от извержений вулканов, людей или животных.
Эти австралийские растения также отличаются чрезвычайной экономичностью в период образования новых листьев.
Вместо того, чтобы вкладываться одновременно в рост и образование фотосинтезирующих элементов, что приводит к связыванию большого объема рибосом и, таким образом, фосфора, они сосредотачиваются сначала на формирование листа, а затем на производстве зеленого хлорофилла.
На следующем этапе исследования, учёные хотели бы установить, могут ли люди реализовать стратегии, используемые Протейными, для эффективного использования фосфора окультуренными растениями, или такой подход будет связан с неблагоприятными характеристиками, например, снижением урожайности.
