След почти десетилетие на усилия учените от RIKEN са определили структурата на ключов транспортен протеин, който помага на растенията да събират желязо от почвата. Това откритие може да ръководи разработването на нови торове с висока ефективност, които ще помогнат на растенията да извличат желязо от почви с дефицит на желязо.
Приблизително една трета от цялата земя в света е алкална, защото почвата съдържа големи количества алкална сол, калциев карбонат. Желязото не се разтваря добре в тези алкални почви и произтичащият от това дефицит на желязо може сериозно да ограничи растежа на растенията.
„Усвояването на желязо от почвата не е лесно“, казва Ацуши Ямагата от RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research.
Въпреки това, обикновените треви, включително пшеницата и ечемика, са развили уникална стратегия за улавяне на желязо. Те освобождават съединения наречени фитосидерофори, които се освобождават в почвата, където се свързват с желязото и образуват комплекс, който растенията могат да абсорбират чрез корените си.
Фитосидерофорите са съединения, известни като мугинови киселини. Докато носят своя товар от желязо, те се реабсорбират в растителните клетки от транспортен протеин в клетъчните мембрани. Но много все още не се знае за молекулярния механизъм на този процес.
Сега Ямагата и неговите колеги са определили структурата на транспортния протеин за първи път.
„Разгадахме структурата на транспортния протеин – както в несвързано състояние, така и когато се комбинира с фитосидерофор, носещ желязо“, казва Ямагата. Това е критично, защото помага на изследователите да разберат фините молекулярни подробности за това как желязо-съдържащият комплекс взаимодейства с транспортера, за да бъде пренесен в клетките.
Екипът на RIKEN се опитваше да определи структурата на транспортния протеин в продължение на почти десет години. „Не можахме дори да получим кристалите, необходими за анализ чрез рентгенова кристалография“, казва Ямагата. Пробивът дойде с неотдавнашния напредък в техника, наречена крио-електронна микроскопия, който разкрива структурите чрез изстрелване на електрони върху замразени проби от протеин.
Това изследване сега ръководи работата за разработване на производни на мугинови киселини, които екипът вярва, че могат да се превърнат в ново поколение високоефективни торове за алкални почви.
„Едно синтетично производно, разработено от нашия сътрудник Косуке Намба от университета Токушима, може да подобри растеж на растенията по-добро от естественото съединение само на около една хилядна от цената,” казва Ямагата. Наречено пролин-2′-дезоксимугинова киселина (PDMA), производното е стабилно за един месец в почва, в сравнение само с един ден за естественото съединение.
Сега Namba работи с японски производител за увеличаване на производството на PDMA за търговска употреба като селскостопански тор.