Zinok, dlho prehliadaný ako obyčajná mikroživina, sa ukázal byť prelomovým faktorom vo fixácii dusíka v strukovinách.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Yevhen Smyk
Vedci objavili nový zinkovo reaktívny proteín (FUN), ktorý pôsobí ako regulátor fixácie dusíka, čiže pomáha rastlinám interpretovať environmentálne signály a optimalizovať efektívnosť koreňových uzlíkov, kde dochádza k dusíkovej fixácii. Tento objav nielenže vrhá svetlo na zložitú biochémiu symbiózy strukovín a rhizobií (dusík fixujúcich baktérií), ale tiež otvára dvere k inteligentnejšiemu a ekologickejšiemu poľnohospodárstvu.
Vďaka lepšej signalizácii zinku by mohli plodiny spoľahlivejšie fixovať dusík, čím by sa znížilo používanie syntetických hnojív a pripravila sa cesta pre udržateľné poľnohospodárstvo.
Skrytá úloha zinku v udržateľnom poľnohospodárstve
Vedci objavili prekvapujúcu novú úlohu zinku v spôsobe, akým strukoviny spracovávajú dusík. Popri regulačnom proteíne nazývanom fixácia pod dusičnanmi (FUN) sa zdá, že zinok je pre strukoviny kľúčovým hráčom v pomoci absorbovať a využívať dusík efektívnejšie.
Tento objav by mohol vydláždiť cestu k zlepšeniu produktivity plodín a zníženiu potreby chemických hnojív, čo by ponúklo udržateľnejšiu cestu pre poľnohospodárstvo. Strukoviny sú medzi plodinami jedinečné, pretože dokážu vytvoriť partnerstvo s baktériami rhizobia, ktoré premieňajú dusík zo vzduchu na použiteľnú formu v špeciálnych štruktúrach nazývaných koreňové uzlíky.
Tieto uzlíky sú však veľmi citlivé na zmeny v prostredí, ako sú extrémne teploty, sucho, záplavy, slané pôdy alebo vysoké hladiny už prítomného dusíka v pôde.
Prelom v signáli zinku
Výskumný tím z Aarhuskej univerzity v spolupráci s partnermi z Polytechnickej univerzity v Madride a Európskeho zariadenia pre synchrotrónové žiarenie vo Francúzsku zistil, že zinok pôsobí ako sekundárny signál v rastlinách strukovín. Tento signál pomáha rastlinám interpretovať signály z prostredia a prispôsobiť sa, aby dokázali efektívne fixovať dusík.
Ich štúdia, publikovaná v časopise Nature, odhaľuje, že proteín FUN je vlastne doposiaľ neznámy typ senzora zinku, ktorý dokáže „čítať“ tieto zinkové signály a regulovať proces fixácie dusíka.
„Je skutočne pozoruhodné objaviť úlohu zinku ako sekundárneho signálu v rastlinách. Zinok je životne dôležitý mikronutrient a nikdy predtým sa nepovažoval za signál. Po preskúmaní viac ako 150 000 rastlín sme nakoniec identifikovali zinkový senzor FUN, čím sme osvetlili tento fascinujúci aspekt rastlinnej biológie,“ vysvetľuje asistent profesor Jieshun Lin, prvý autor štúdie.
FUN a kontrolný spínač
V tejto štúdii výskumník identifikuje, že FUN je dôležitý transkripčný faktor, ktorý kontroluje rozpad koreňových uzlíkov (kde prebieha fixácia dusíka), keď sú koncentrácie dusíka v pôde vysoké.
„FUN je regulovaný špecifickým mechanizmom, ktorý priamo sleduje hladiny zinku v bunke. Ukázali sme, že FUN sa pri vysokých hladinách zinku deaktivuje a tvorí veľké filamentové štruktúry a pri nízkych hladinách zinku sa uvoľňuje do aktívnej formy,“ vysvetľuje profesor Kasper Røjkjær Andersen.
Z poľnohospodárskeho hľadiska môže pokračujúca fixácia dusíka predstavovať výhodnú vlastnosť, ktorá zvyšuje dostupnosť dusíka nielen pre strukoviny, ale aj pre iné plodiny pestované v rotácii alebo v budúcnosti, ktoré využívajú zvyškový dusík v pôde po strukovinách.
Tento objav tak vytvára základy budúcemu výskumu, ktorý by mohol ponúknuť nové spôsoby, ako efektívnejšie riadiť poľnohospodárske systémy, znížiť používanie dusíkatých hnojív a znížiť ich vplyv na životné prostredie.
Zelenšia budúcnosť pre úrody plodín
Dôsledky tohto výskumu sú významné. Pochopením toho, ako zinok a FUN regulujú fixáciu dusíka, vedci vyvíjajú v prípade strukovín stratégie na optimalizáciu tohto procesu. To by mohlo viesť k vyššej dostupnosti dusíka, zlepšeniu úrody a zníženiu potreby syntetických hnojív, ktoré sú environmentálnymi aj ekonomickými nákladmi.
Odborníci teraz skúmajú mechanizmy, ako sa zinkové signály vytvárajú a dekódujú prostredníctvom FUN. Tieto nové objavy budú môcť uplatniť pri strukovinách, ako sú fazuľa obyčajná (faba bean), sója alebo krúpová fazuľa (cowpea).
Zdroj: Sci Tech Daily, Nature
