Как растения усваивают идеальное количество минералов
Биологи из Рурского университета выяснили новые детали того, как растения поддерживают критический баланс минералов, не поглощая их из почвы ни слишком много, ни слишком мало. Результаты, опубликованные в трёх статьях в журнале The Plant Cell, раскрывают новые функции металл-связывающей молекулы никотианамина. «Результаты важны для устойчивого сельского хозяйства и для людей — чтобы предотвратить проблемы со здоровьем, вызванные дефицитом жизненно важных питательных веществ в нашем рационе», — говорит профессор Уте Кремер.
Роль никотианамина в балансе цинка и железа
Все организмы нуждаются в железе, цинке и меди как в питательных веществах. Эти металлы химически очень похожи, что затрудняет их различение. Никотианамин важен для транспорта железа в растениях. Исследования показали, что он также вносит основной вклад в баланс цинка. «Слишком много цинка может отравлять железозависимые процессы, и наоборот», — объясняет биолог.
Количество цинка в цитозоле зависит от того, где хранится никотианамин в клетке. Мембранный транспортный белок ZIF1 (Zinc-Induced Facilitator1) может перемещать эту молекулу из цитозоля в вакуоль. При высоких концентрациях цинка в цитозоле ZIF1 транспортирует никотианамин в вакуоль. Вследствие этого ионы цинка также перемещаются в вакуоль, удаляясь из цитозоля и внутренних транспортных путей растения. Цинк теперь меньше конкурирует с железом, поэтому железо становится более доступным в клетке.
У растений-гипераккумуляторов
Растение Arabidopsis halleri, произрастающее в Германии, накапливает в листьях в сто раз больше цинка, чем многие другие растения. Оказалось, что Arabidopsis halleri производит большое количество никотианамина. Когда исследователи отключили синтез этой молекулы с помощью генетических манипуляций, растения также транспортировали меньше цинка из корней в листья. Таким образом, никотианамин имеет решающее значение для высокой концентрации цинка в листьях. «В развивающихся странах дефицит цинка является одним из самых больших диетических факторов риска для здоровья, — говорит Кремер. — Наши данные могут дать важные подсказки о том, как выводить сельскохозяйственные культуры с повышенным содержанием цинка».
Поглощение меди и новые открытия
Исследуя, как клетки растений поглощают медь, учёные использовали метод next-generation sequencing для одновременного декодирования всех матричных РНК (mRNA) в клетке. Это позволило получить полную картину того, какие белки и в каких количествах должна производить клетка.
Из этих данных команда Кремер идентифицировала новые молекулы, играющие ключевую роль в поглощении меди. Учёные показали, что ионы меди сначала преобразуются из двухзарядной формы Cu2+ (куприк) в однозарядную Cu+ (купрус), что необходимо для последующего поглощения в растении. За это отвечают два специфических фермента — медные редуктазы.
«Независимо от этого мы также обнаружили, что дефицит меди у растений вызывает вторичный дефицит железа — вопреки предыдущим ожиданиям и очень похоже на метаболизм металлов у человека».