Новый растительный металлоредуктаз поддерживает рост корней при дефиците фосфора
Многие виды растений выделяют в почву низкомолекулярные карбоксилаты, например, малат, чтобы мобилизовать труднодоступный фосфор (P). Малат хелатирует трёхвалентное железо (Fe) или алюминий, повышая доступность фосфата — формы P, усваиваемой растениями.
В последние годы было показано, что накопление комплексов Fe(III)-малат в апопласте кончиков корней тормозит их рост в условиях дефицита P, так как растворимое Fe(III) (трехвалентное железо) участвует в реакциях, ведущих к окислительному стрессу.
Однако оставалось неясным, как кончики корней справляются с повышенной доступностью Fe(III), поскольку все известные ферриредуктазы, необходимые для поглощения Fe, либо репрессируются при дефиците P, либо не экспрессируются в кончиках корней.
«Мы искали другие потенциальные ферриредуктазы среди генов, индуцируемых дефицитом P, и обнаружили ранее не охарактеризованный ген, кодирующий домен, предположительно участвующий в восстановлении Fe(III)», — объясняет доктор Рикардо Гиль, со-руководитель группы «Молекулярное питание растений» IPK. «Когда мы инактивировали этот ген, в кончиках корней происходило сверхнакопление Fe, а рост корней при низком P угнетался ещё сильнее».
Ген был назван HYPERSENSITIVE TO LOW P1 (HYP1). HYP1 относится к семейству CYBDOM и содержит домен цитохрома b561, который характерен для нескольких ферриредуктаз в клетках животных, например, дуоденального цитохрома b (Dcytb), участвующего в усвоении пищевого железа у человека.
«Хотя CYBDOMы широко распространены у разных организмов и обычно представлены большими семействами у растений, их функция до сих пор плохо изучена», — поясняет Родольфо Маниеро, первый автор исследования, опубликованного в Nature Communications.
С помощью моделирования на основе AlphaFold и сайт-направленного мутагенеза исследователи выяснили, что HYP1 может координировать три b-гема, критически важных для активности белка. Электрофизиологическая характеристика HYP1 в ооцитах показала, что белок способен транспортировать электроны от аскорбата (витамина C) через плазматическую мембрану. Акцепторами этих электронов являются Fe(III) и Cu(II) (двухвалентная медь), что указывает на то, что белок является металлоредуктазой.
«Что касается ферриредуктазной активности HYP1, наши результаты демонстрируют, что эта функция критически важна для предотвращения индуцированного малатом сверхнакопления Fe в апопласте и для поддержания удлинения клеток и целостности меристемы в кончиках корней, подверженных дефициту P», — объясняет доктор Рикардо Гиль.
«Наши результаты также позволяют предположить, что в кончиках корней активен механизм поглощения Fe, где отсутствуют хорошо известные ферриредуктаза FRO2 и транспортер Fe(II) IRT1», — говорит учёный из IPK. «Наше исследование не только проливает свет на физиологические роли CYBDOMов, но и определяет новую мишень для улучшения роста корней в условиях лимитирующего P».