Исследование выявило растительный барьер против токсичного алюминия

Токсичность алюминия давно известна как фактор, повреждающий клетки растений и подавляющий их рост. Алюминий широко распространен в почвах с повышенной кислотностью, а поскольку деятельность человека увеличила кислотность почв по всему миру, токсичность алюминия стала основной причиной низкой урожайности сельскохозяйственных культур. Хотя влияние алюминия на растения хорошо известно, точные механизмы его проникновения в клетки и причинения вреда изучены недостаточно. В новом исследовании, опубликованном в Frontiers in Plant Science, ученые из Университета Цукубы обнаружили, что важный компонент клеточной стенки растений может играть роль в защите риса от почвенного алюминия.

Исследование было сосредоточено на Oryza sativa, широко выращиваемом в азиатских странах виде риса. Группа использовала мутантный штамм риса под названием star1 (Sensitive To Aluminum Rhizotoxicity 1). Как следует из названия, мутант обладает высокой чувствительностью к токсичному действию алюминия, и его корневые кончики очень плохо растут в присутствии алюминия в почве. Этот штамм позволил исследователям изучить молекулярные механизмы реакции клеток риса на алюминий.

«Предыдущие работы предполагали, что клеточная стенка каким-то образом играет механистическую роль в восприимчивости к алюминию, включая возможную роль пектина», — говорит ведущий автор исследования Хироаки Иваи. «Мы сосредоточились на пектине, потому что это основной полисахаридный компонент клеточной стенки, и потому что предыдущие данные свидетельствуют о том, что чувствительность star1 к алюминию может быть связана с дефицитом пектина».

Чтобы подтвердить эти данные, исследователи измерили содержание пектина в растущих кончиках корней растений — месте, через которое, как считается, алюминий проникает в растение. По сравнению с диким типом риса, у мутанта star1 уровень пектина был заметно ниже. Это, по-видимому, влияет на накопление алюминия в кончике корня: когда кончики корней выдерживали в растворе алюминия, значительные уровни элемента поглощали только кончики растений star1. Дикая форма риса была явно защищена от алюминия, и в растение проникало очень мало этого элемента.

«Наше исследование предполагает, что распределение пектина в кончике корня, особенно в пограничных клетках корня, играет значительную роль в обеспечении толерантности к алюминию», — заключает автор-корреспондент Джун Фурукава. «Мы считаем, что пектин, содержащийся в клеточных стенках, играет непропорционально большую роль в определении того, может ли алюминий проникнуть в клетки кончика корня. Таким образом, пектин, по-видимому, служит основным защитным барьером против алюминия».