Исследователи Университета Тохоку изучили работу калиевого канала AKT5 у модельного растения Arabidopsis thaliana. Как выяснилось, этот канал участвует в росте черешков листьев, а значит, в перспективе механизм можно использовать при разработке систем земледелия для культур с высокой плотностью посадок.
Что показали эксперименты
Калий (K) — один из трех важнейших элементов питания растений, он задействован в росте клеток, фотосинтезе и регуляции водного баланса. Из почвы калий поступает в растение и переносится по специальным калиевым каналам. Именно понимание этих механизмов, по мнению авторов работы, открывает новые пути повышения продуктивности сельского хозяйства.
Ученые установили, что AKT5 активируется через фосфорилирование — присоединение фосфатной группы к определенной аминокислоте белка. Поэтому одного присутствия ионов калия (K+) в среде для запуска канала недостаточно.
С помощью криоэлектронной микроскопии исследователи получили трехмерную структуру AKT5 и обнаружили, что канал способен к структурной трансформации. В ходе экспериментов замена единственной аминокислоты — аспартата на аланин в позиции 403 — резко меняла структуру молекулы, и после этого AKT5 начинал транспортировать калий уже без фосфорилирования. Это подтверждает: в обычном состоянии канал неактивен, а активную форму он приобретает после фосфорилирования.
Черешки, свет и загущенные посадки
Анализ локализации AKT5 показал, что белок сосредоточен в черешках листьев. У растений с неактивным геном AKT5 черешки оказались короче обычного.
Черешки ориентируют листья так, чтобы те эффективно улавливали солнечный свет, и это особенно важно при высокой плотности посадки. В таких условиях растения с дефицитом AKT5 развиваются заметно медленнее и вырастают меньше обычных.
Результаты работы позволили сделать вывод: AKT5 способствует удлинению клеток черешка за счет поглощения ионов калия — это повышает внутреннее давление в клетках и заставляет их растягиваться. Таким образом, AKT5 выступает регулятором, который помогает растениям адаптироваться к скученности, а дальнейшее изучение механизма даст возможность выращивать культуры с высокой плотностью посадки без снижения урожайности.
Практическое значение
Черешки — съедобная часть многих овощных культур, в том числе сельдерея и мангольда. Управляя активностью AKT5, можно целенаправленно менять размер и текстуру этих частей растений под запросы потребителей.
Отдельно в материале отмечена роль здорового семенного и посадочного материала для высокого урожая: во Всероссийском центре карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора) проводят исследования фитопатогенов и разрабатывают методы выявления и идентификации опасных болезней и вредителей.
Справка: Исследование опубликовано в Science Advances (2026): Yuki Muraoka et al, AKT5 is a bona fide potassium channel and controls petiole growth in Arabidopsis. DOI: 10.1126/sciadv.aeh7630.