Как растения справляются с дефицитом железа
Железо — важнейший нутриент для растений, животных и человека. Оно необходимо для множества метаболических процессов, таких как фотосинтез и дыхание. Хотя в почве содержится много железа, растения могут испытывать его дефицит из-за специфического состава грунта. Кроме того, потребность растений в железе меняется в зависимости от стадии развития и внешних условий.
Поскольку растения ведут прикреплённый образ жизни, они не могут избежать неблагоприятных условий. Поэтому у них выработались стратегии для раннего распознавания изменений в окружающей среде и адаптации к ним. Понимание этих процессов особенно важно в свете изменения климата для сельского хозяйства и селекции новых высокоурожайных сортов культурных растений.
Регуляция железа — важная модельная система в биологии растений для изучения того, как клеточные регуляторные процессы и сигнальные пути влияют друг на друга. Исследователи из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне (HHU) под руководством профессора Петры Бауэр и её коллеги доктора Цветины Брумбаровой, а также из Мюнстерского университета (WWU) под руководством профессора Йорга Кудлы и профессора Уве Керста изучили механизмы и динамику белка FIT, участвующего в усвоении железа, и обнаружили клеточные информационные процессы, влияющие на FIT.
Белок FIT был открыт рабочей группой профессора Бауэр, и его механизмы регуляции изучаются в Институте ботаники HHU. FIT может находиться в активном и неактивном состоянии. У модельного растения Arabidopsis thaliana он играет ключевую роль в регуляции поглощения железа. Однако то, как растение определяет, сколько железа нужно усвоить, и как передаёт эту информацию регулятору FIT, остаётся предметом текущих исследований в HHU.
Ранее точная связь между железом и кальцием была неясна. Теперь исследовательские группы из HHU и WWU обнаружили, что дефицит железа запускает кальциевые сигналы, оказывающие значительное влияние на механизм регуляции FIT. В совместном исследовании, опубликованном в Developmental Cell, команды описывают, как связанный с детекцией кальция фермент CIPK11 может взаимодействовать с белком FIT и маркировать его. В конечном счёте растение может использовать эту активацию FIT для контроля поглощения железа корнями и его накопления в семенах.
«Нам удалось выявить молекулярные и клеточные механизмы, связывающие FIT с декодированием кальциевых сигналов. Это, в свою очередь, важно, когда растению необходимо контролировать усвоение железа в зависимости от внешних факторов», — поясняют доктор Брумбарова и профессор Бауэр. Профессор Кудла добавляет: «Наше открытие имеет значение для биологических и даже медицинских вопросов, связанных с питательными веществами, процессами развития и стрессовыми реакциями».