Бобовые культуры вроде гороха или сои давно умеют вступать в симбиоз с почвенными бактериями. Микроорганизмы поселяются в клубнях на корнях и превращают атмосферный азот в доступные для растений соединения. Злаки, к сожалению, такой способностью не обладают. Их корневая система распознает бактерии как угрозу и блокирует их проникновение.

Источник изображения: www.earth.com

В центре внимания учёных оказался белок, который работает как молекулярный сторож. Он оценивает приближающиеся микроорганизмы и запускает либо симбиоз, либо защитную реакцию. Сигналом тревоги служат частицы хитина, характерные для грибков-паразитов.

Исследователи обнаружили, что за выбор стратегии отвечают два небольших участка внутри этого сенсора. Они действуют как переключатель: от их структуры зависит, откроет ли растение доступ бактериям или начнет обороняться. Ученые взяли рецептор ячменя и заменили эти ключевые фрагменты. В результате белок изменил поведение и подал сигнал к «сотрудничеству» вместо защиты.

Это означает, что у злаков генетически заложена способность к симбиозу, но механизм отключён эволюцией. Точечная модификация позволяет его активировать.

Практическое внедрение технологии решило бы сразу несколько проблем. Производство азотных удобрений требует огромных энергозатрат, а их избыточное применение наносит урон экологии. Дожди смывают азот с полей в водоемы, вызывая цветение водорослей и гибель рыбы. Переудобренная почва выделяет закись азота, а это уже парниковый газ.

Несмотря на ограниченный успех, на пути к самоудобряющимся злакам стоят серьезные препятствия. Растению придется строить на корнях специальные клубеньки и снабжать бактерии сахарами, которые оно добывает в процессе фотосинтеза. Это требует дополнительных ресурсов и не должно сказываться на урожайности. Кроме того, нельзя допустить ослабления иммунитета. Ведь патогенные грибки и бактерии могут воспользоваться той же лазейкой, что и полезные микроорганизмы.