Vedeți toți Ascundeți autorii și afilierile

plante

  • Găsiți acest autor pe Google Scholar
  • Găsiți acest autor pe PubMed
  • Căutați acest autor pe acest site
  • Record ORCID pentru Giles E. D. Oldroyd
  • Pentru corespondență: [email protected]

În prezent, vizualizați rezumatul.

Conectați-vă pentru a vizualiza textul complet

Conectarea AAAS oferă acces la Science pentru membri AAAS și acces la alte reviste din familia Science pentru utilizatorii care au achiziționat abonamente individuale.

Conectați-vă prin instituția dvs.

Conectați-vă prin instituția dvs.

Mai multe opțiuni

Descărcați și tipăriți acest articol pentru utilizare personală, științifică și educativă.

Cumpărați un singur număr de Science pentru doar 15 USD.

Reglarea creșterii rădăcinilor după cerință

Productivitatea plantelor depinde de substanțele nutritive elementare azot și fosfor, care sunt extrase din sol. Oldroyd și Leyser analizează modul în care modelele de creștere a rădăcinilor se adaptează în funcție de nevoile fiziologice ale plantei supraterane. Semnalele sistemice, inclusiv semnale peptidice mici, mediază comunicarea între nevoile lăstarilor și aprovizionarea rădăcinii.

Rezumat structurat

FUNDAL

Deși plantele sunt dependente de captarea unui număr de nutrienți elementari din sol, principalii nutrienți care limitează productivitatea plantelor sunt azotul (N) și fosforul (P). Achiziționarea acestor substanțe nutritive este esențială pentru performanța culturilor, dar nivelurile acestora în majoritatea solurilor agricole limitează productivitatea. Prin urmare, acești nutrienți sunt de obicei aplicați la concentrații mari sub formă de îngrășăminte anorganice pentru a susține producția de alimente. Cu toate acestea, utilizarea excesivă a îngrășămintelor permite eliberarea de nutrienți din mediu, ceea ce reduce biodiversitatea și contribuie la schimbările climatice. Mulți fermieri din întreaga lume nu au resursele financiare pentru a avea acces la îngrășăminte, iar productivitatea culturilor lor suferă în consecință. O agricultură mai durabilă și mai echitabilă va fi una care este mai puțin dependentă de îngrășăminte anorganice.

AVANZĂRI

Accesibilitatea N și P în sol este afectată de mulți factori care creează un peisaj spațiotemporal variabil al disponibilității lor, atât la scară locală, cât și globală. Plantele optimizează absorbția de N și P disponibile prin modificări ale creșterii și dezvoltării lor și prin angajarea cu microorganisme care facilitează captarea lor. Acolo unde N și P sunt ample, raportul alocării biomasei rădăcină: lăstare poate fi scăzut, cu sisteme radiculare minime care captează nutrienți suficienți. De obicei, creșterea vegetativă este extinsă, permițând acumularea resurselor și investițiile în producția de semințe. În mediile în care acești nutrienți sunt limitativi, creșterea generală este redusă, dar sistemele radiculare sunt extinse și colonizarea prin microorganisme este încurajată pentru a facilita captarea nutrienților. Plantele pot recunoaște un patchwork de disponibilitate a nutrienților și pot activa creșterea rădăcinilor în cadrul acestui patchwork pentru a optimiza captarea nutrienților.

Plantele sunt capabile să măsoare mai multe fețe ale disponibilității nutrienților: detectarea locală a nutrienților în sol, rădăcinile care suferă de lipsa de nutrienți, rădăcinile care au o disponibilitate ridicată de nutrienți și necesarul total de nutrienți ai plantei. O astfel de detectare implică o integrare a semnalizării rădăcinii și a lăstarilor, cu o varietate de hormoni care se mișcă între rădăcină și lăstar pentru a semnaliza disponibilitatea nutrienților și pentru a coordona dezvoltarea plantelor. O astfel de semnalizare rădăcină-rădăcină-rădăcină este esențială pentru a permite plantelor să utilizeze petele de nutrienți locali, dar să o facă numai atunci când este suficientă nevoie de acel nutrient.

Unele microorganisme au capacități de a captura N și P din mediu. De exemplu, bacteriile care fixează N pot accesa azotul din atmosferă, lucru pe care plantele nu îl pot face. Ciupercile micorizice arbusculare pot accesa în sol forme insolubile de fosfat care sunt în mare parte inaccesibile plantelor. În situațiile în care plantele nu pot accesa N și P din mediul lor imediat, ele apelează la aceste microorganisme pentru a găsi noi surse de nutrienți limitativi. Multe dintre procesele care coordonează răspunsul de dezvoltare al plantelor la disponibilitatea nutrienților reglează, de asemenea, interacțiunea plantelor cu microorganismele. Aceste procese reglează receptivitatea plantelor la comunitățile lor microbiene, promovând asocieri simbiotice și restricționând procesele imunogene.

PERSPECTIVE

Deși înțelegerea noastră despre modul în care plantele se angajează cu substanțele nutritive a avansat, există puține exemple despre modul în care o astfel de cunoaștere a afectat performanța plantelor, probabil pentru că o mare parte din înțelegerea noastră provine din studii de plante, nu de culturi. Anii de culturi de reproducere pentru succes în medii bogate în nutrienți ne-au lăsat câteva soiuri de culturi slabe la optimizarea utilizării nutrienților limitați. Cu toate acestea, există multe procese în plante pentru a asigura productivitatea în condiții nutriționale slabe, dintre care unele sunt deja accesibile în diversitatea speciilor de culturi și a rudelor apropiate sălbatice. Suntem pregătiți să folosim cunoștințele generate în sistemele model pentru a optimiza performanța plantelor de cultură sub limitarea nutrienților.

Răspunsurile la rădăcină ale plantelor Arabidopsis crescute în N ridicat uniform (NO3 -; gri închis, stânga), N scăzut uniform (gri deschis, mediu) și tratamente diferențiale de N ridicat și scăzut (dreapta). Rețineți cum răspunsurile rădăcinii sunt opuse tratamentelor locale în tratamente uniforme versus tratamente diferențiale. La baza acestor răspunsuri se află peptidele codificate C-terminal (CEP) produse în rădăcinile care prezintă N scăzut, citokininele produse în rădăcinile care prezintă N mare și un semnal de suficientă N în lăstari. Toate reglementează semnalizarea shoot-to-root, care implică peptide CEP DOWNSTREAM 1 (CEPD). Semnalizarea sistemică este integrată cu semnalizarea locală (indicată cu roșu) care este indusă de percepția locală a NO3 - .

  • Descărcați imagini de înaltă rezoluție
  • Deschideți într-o filă nouă
  • Descărcați Powerpoint

Răspunsurile la rădăcină ale plantelor Arabidopsis crescute în N ridicat uniform (NO3 -; gri închis, stânga), N scăzut uniform (gri deschis, mediu) și tratamente diferențiale de N ridicat și scăzut (dreapta). Rețineți cum răspunsurile rădăcinii sunt opuse tratamentelor locale în tratamente uniforme versus tratamente diferențiale. La baza acestor răspunsuri se află peptidele codificate C-terminal (CEP) produse în rădăcinile care prezintă N scăzut, citokininele produse în rădăcinile care prezintă N mare și un semnal de suficientă N în lăstari. Toate reglementează semnalizarea shoot-to-root, care implică peptide CEP DOWNSTREAM 1 (CEPD). Semnalizarea sistemică este integrată cu semnalizarea locală (indicată cu roșu) care este indusă de percepția locală a NO3 - .

Abstract

Ca producători primari, plantele se bazează pe o suprafață mare supraterană pentru a colecta dioxid de carbon și lumina soarelui și o suprafață mare subterană pentru a colecta apa și nutrienții minerali necesari pentru a sprijini creșterea și dezvoltarea lor. Accesibilitatea substanțelor nutritive esențiale azot (N) și fosfor (P) în sol este afectată de mulți factori care creează un peisaj spațio-temporal variabil al disponibilității lor atât la scară locală, cât și la nivel global. Plantele optimizează absorbția de N și P disponibile prin modificări ale creșterii și dezvoltării lor și prin angajarea cu microorganisme care facilitează captarea lor. Detectarea acestor substanțe nutritive, precum și percepția stării generale a nutrienților, modelează răspunsul plantei la mediul său nutritiv, coordonându-și dezvoltarea cu angajamentul microbian pentru a optimiza captarea de N și P și pentru a regla creșterea generală a plantelor.

Acesta este un articol distribuit în condițiile licenței implicite a revistelor științifice.