Белок OPT3 регулирует усвоение железа и кадмия в растениях

Новое исследование, опубликованное 27 мая в The Plant Cell, описывает ключевую роль белка-переносчика OPT3 в поддержании баланса железа у модельного растения Arabidopsis. Это открытие может помочь в создании сельскохозяйственных культур, богатых железом, но не накапливающих токсичный кадмий.

Проблема: железо vs. кадмий

  • Железо — необходимый питательный элемент для растений и человека. Его дефицит затрагивает 30% населения мира.
  • Кадмий — токсичный тяжелый металл, который может вызывать повреждение органов и рак у людей. Загрязнение и интенсивное использование удобрений повысили его уровень в почвах, например, в Китае.
  • В растениях оба металла поглощаются из почты одними и теми же транспортными системами.

Открытие функции OPT3

Ранее функция OPT3 была неизвестна. Исследование под руководством Корнеллского университета показало, что этот белок:

  1. Транспортирует железо, а не пептиды, как считалось.
  2. Участвует в сигнализации о концентрации железа от листьев к корням, регулируя потребность растения в поглощении железа из почвы.
  3. Контролирует распределение металлов, помогая перемещать железо во флоэму и перераспределять его из зрелых листьев в развивающиеся ткани, включая семена.

Экспериментальное подтверждение

У мутантных растений Arabidopsis, лишенных гена OPT3, наблюдалась аномальная картина:

  • Листья были переполнены железом, но растение вело себя так, будто испытывает его дефицит, и продолжало усиленно поглощать железо (и кадмий) корнями.
  • Растение не могло эффективно перемещать железо в семена, но накапливало там кадмий.

Перспективы применения

Как отметила старший автор статьи Олена Ватаманюк, манипуляции с экспрессией гена OPT3 открывают перспективные пути для целенаправленной биофортификации. Это позволит увеличить содержание железа в съедобных частях сельскохозяйственных культур (например, в зерне), одновременно исключив накопление кадмия.

Дальнейшие исследования будут направлены на изучение функций аналогичных переносчиков в рисе и других культурах, а также на детальное изучение роли OPT3 в перемещении железа и кадмия внутри растения.