Как марганец попадает в нужные места в растениях: от клеточных стенок до фотосинтеза

Белок BICAT3 — один из важнейших распределителей марганца в растениях. Его дефект может иметь разрушительные последствия для роста: листья становятся значительно меньше, а семян образуется меньше обычного. Команда под руководством Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) выявила путь транспорта марганца в растениях и роль BICAT3 в этом процессе. Результаты могут заложить основу для улучшения роста сельскохозяйственных культур. Исследование опубликовано в журнале Plant Physiology.

Марганец — важный питательный элемент для всех живых существ. Этот микроэлемент входит в состав ферментов, контролирующих все химические реакции в клетках. В растениях ферменты, строящие клеточные стенки, нуждаются в марганце для работы. Марганец также играет ключевую роль в фотосинтезе.

Эксперименты на Arabidopsis thaliana

Исследователи провели обширные эксперименты на модельном растении Arabidopsis thaliana. Они показали, что белок BICAT3 отвечает за транспорт марганца внутри растительных клеток.

Для изучения роли BICAT3 соответствующий ген в растениях был мутирован, чтобы они не могли производить этот белок. Это имело явные последствия:

• Растения не смогли компенсировать последующий дефицит марганца и показали различные дефекты роста.
• Их клеточные стенки не формировались нормально, а листья были значительно меньше, чем у растений с неповреждённым геном.
• Рост пыльцевой трубки был нарушен, что привело к формированию меньшего количества семян.

Локализация белка

В дальнейшем исследователи связали BICAT3 с флуоресцентным белком, чтобы отслеживать его в клетках живых растений. BICAT3 находится в trans-цистернах аппарата Гольджи. Если упростить, аппарат Гольджи — это как фабрика клеточных стенок с отделом доставки: компоненты стенок собираются в его цистернах из отдельных молекул сахара и затем отправляются по нужному адресу.

Значение исследования

Работа находится на фундаментальной стадии. Теперь можно объяснить механизм, с помощью которого марганец попадает к ферментам, ответственным за синтез клеточной стенки. В будущем результаты могут быть важны для селекции сельскохозяйственных культур. В первых неопубликованных экспериментах команде удалось вызвать и наблюдать сходные эффекты у одного вида злаков.