Как растения защищаются от окислительного стресса при поглощении железа и почему это важно для человека

Железо — критически важный микроэлемент для выживания растений и человека, однако его избыток токсичен. Междисциплинарная исследовательская группа из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) обнаружила, что белок PATELLIN2 участвует не только в регуляции уровня железа у растений.

PATELLIN2 относится к группе белков, которые также задействованы в транспорте витамина E у человека. Результаты исследования, важные для обеспечения людей железом через растительную пищу, опубликованы в журнале Plant Physiology.

Железо — незаменимый микроэлемент для человека. Дефицит железа и цинка в рационе наносит серьёзный ущерб здоровью, особенно нерождённым и маленьким детям. Для обеспечения продовольственной безопасности и борьбы с недоеданием необходимо улучшать поставку железа из растительных источников с помощью целенаправленной селекции.

Растениям железо нужно для фундаментальных метаболических реакций, таких как фотосинтез и дыхание. Однако железо для них — палка о двух концах: неблагоприятные условия (например, засуха) создают стресс, который усугубляется присутствием реактивных ионов металлов, включая железо. Растения не могут переместиться от стрессовых условий, поэтому им пришлось развить другие механизмы защиты.

Один из таких механизмов — регуляция железа. Для науки и практики важно понять, как растения управляют поглощением микроэлементов, балансируя с потенциально рискованными последствиями окислительного стресса. Знание этих процессов позволит целенаправленно влиять на них, чтобы повысить продуктивность растений и качество пищи, особенно в условиях изменения климата, увеличивающего вероятность засух.

Команда биологов, химиков и медиков из HHU под руководством профессора доктора Петры Бауэр и доктора Румена Иванова с кафедры ботаники исследовала механизмы поглощения железа на модели растения Arabidopsis thaliana (резуховидка Таля). Ключевую роль в поглощении железа корнями растений играет железо-регулируемый транспортер IRT1.

Клетки корня контролируют активность IRT1, что позволяет растениям ограничивать токсичность и окислительный стресс, вызванные ионами металлов. Исследователи HHU показали, что IRT1 связывается с SEC14-доменным липид-транспортным белком PATELLIN2. Это, в свою очередь, меняет белковое окружение IRT1 в зависимости от доступности железа.

Другой липид-транспортный белок с SEC14-доменом играет ключевую роль в гомеостазе витамина E у человека и транспорте витамина E из кишечника через печень к различным органам. Организм получает витамин E из растительной пищи, в основном из листьев и семян.

PATELLIN2 может связывать молекулу альфа-токоферола — одного из важнейших соединений витамина E в листьях и корнях. Янник Хорнбергс, проводивший исследования во время своей PhD-работы в HHU в сотрудничестве с доктором Каролин Монтаг, заявляет: «Мы установили, что SEC14 липид-транспортный белок PATELLIN2 и токоферолы критически важны для мобилизации железа в корне и антиоксидантной активности в ответ на железо».

Связь между транспортом железа и SEC14 липид-транспортным белком позволяет создать новые рабочие модели того, как клетки могут использовать витамин E для контроля уровня окислительного стресса, вызванного железом. Доктор Румен Иванов и профессор Бауэр о важности результатов: «В конечном счёте, эти обнаруженные связи можно использовать для определения новых целей селекции сельскохозяйственных культур, чтобы достичь устойчивости к стрессу и максимизировать содержание железа в растениях».