Изящный трюк, который поможет растениям расти на бедных железом почвах
После почти десятилетия усилий ученые RIKEN определили структуру ключевого белка-транспортера, который помогает растениям собирать железо из почвы. Это открытие может помочь в разработке новых высокоэффективных удобрений, которые помогут растениям извлекать железо из почв с дефицитом железа.
Примерно треть всей земли в мире является щелочной, потому что ее почва содержит большое количество щелочной соли, карбоната кальция. Железо плохо растворяется в этих щелочных почвах, и возникающий в результате дефицит железа может серьезно ограничить рост растений.
«Поглощение железа из почвы — непростая задача, — говорит Ацуши Ямагата из Центра исследований динамики биосистем RIKEN.
В будние дни. Отписаться можно одним щелчком мыши.
Однако обычные травы, в том числе пшеница и ячмень, развили уникальную стратегию захвата железа. Они выпускают соединений называются фитосидерофорами, которые попадают в почву, где они связываются с железом и образуют комплекс, который растения могут поглощать через свои корни.
Фитосидерофоры представляют собой соединения, известные как мугиновые кислоты. Неся свой груз железа, они реабсорбируются в растительные клетки белком-переносчиком в клеточных мембранах. Но многое еще неизвестно о молекулярном механизме этого процесса.
Теперь Ямагата и его коллеги впервые определили структуру белка-транспортера.
«Мы раскрыли структуру белка-транспортера — как в несвязанном состоянии, так и в сочетании с железосодержащим фитосидерофором», — говорит Ямагата. Это очень важно, потому что помогает исследователям понять тонкие молекулярные детали того, как железо-содержащий комплекс взаимодействует с транспортером, переносясь в клетки.
Команда RIKEN пыталась определить структуру белка-транспортера почти десять лет. «Мы даже не смогли получить кристаллы, необходимые для анализа с помощью рентгеновской кристаллографии», — говорит Ямагата. Прорыв произошел благодаря недавним достижениям в технике, называемой криоэлектронная микроскопия, которые выявили структуры, стреляя электронами в замороженные образцы белок.
Это исследование в настоящее время направлено на разработку производных мугиновых кислот, которые, по мнению команды, могут стать высокоэффективными удобрениями нового поколения для щелочных почв.
«Одно синтетическое производное, разработанное нашим коллегой Косукэ Намба из Университета Токусима, может улучшить рост растений лучше, чем натуральное соединение, всего лишь примерно в тысячную дешевле», — говорит Ямагата. Названное пролин-2'-дезоксимугиновой кислотой (PDMA), производное стабильно в течение месяца в почва, по сравнению с одним днем для природного соединения.
В настоящее время Namba работает с японским производителем над расширением производства PDMA для коммерческого использования в качестве сельскохозяйственного удобрения.
