После почти десятилетних усилий ученые RIKEN определили структуру ключевого белка-транспортера, который помогает растениям пшеницы и ячменя собирать железо из почвы. Это открытие является вехой в разработке новых высокоэффективных удобрений для других сельхозкультур на почвах с дефицитом этого элемента
Примерно треть всей земли в мире является щелочной, потому что почва содержит большое количество щелочной соли, карбоната кальция. Железо плохо растворяется в щелочных почвах, и возникающий в результате дефицит этого элемента серьезно ограничивает рост многих культурных растений.
«Однако пшеница и ячмень развили уникальную стратегию захвата железа. Они выделяют соединения, называемые фитосидерофорами. Когда те попадают в почву, то связываются с железом и образуют комплекс, который растения могут поглощать через свои корни, — рассказывает Ацуши Ямагата из Центра исследований динамики биосистем RIKEN. — Фитосидерофоры представляют собой соединения, известные как мугиновые кислоты. Неся свой груз железа, они реабсорбируются в растительные клетки белком-переносчиком в клеточных мембранах. Ранее было много неизвестных в молекулярном механизме этого процесса. Теперь же мы смогли впервые определить структуру белка-транспортера. Мы раскрыли структуру белка-транспортера — как в несвязанном состоянии, так и в сочетании с железосодержащим фитосидерофором. Это очень важно, потому что помогает исследователям понять тонкие молекулярные детали того, как железосодержащий комплекс взаимодействует с переносчиком, переносимым 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, — продолжает исследователь. — Прорыв произошел с недавними достижениями в технике криоэлектронной микроскопиии, которая выявила структуры, запуская электроны в замороженные образцы белка. В настоящее время мы сосредоточены на разработке производных мугиновых кислот, которые 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 за тысячную часть стоимости. Производное, называемое пролин-2'-дезоксимугиновой кислотой (PDMA), стабильно в течение месяца в почве, по сравнению с одним днем для природного соединения. Сейчас идут переговоры над расширением производства PDMA для коммерческого использования в качестве сельскохозяйственного удобрения».
(Источник: RIKEN. Фото: Дмитрий Лукьянов).