Железо для растений

Исследовательская группа под руководством Ацуси Ямагата, старшего научного сотрудника RIKEN, выяснила, как травянистые растения получают железо, необходимое им для роста, из слабощелочной почвы. Они выяснили детали процесса, в ходе которого железо становится растворимым в воде и поглощается веществом, выделяемым корнями. Исследование позволит разработать удобрения для улучшения бедных почв.

В мире существует множество щелочных почв, непригодных для выращивания сельскохозяйственных культур, причем в северной Африке и на Ближнем Востоке площадь непригодных почв составляет около 30% от общей площади суши. В щелочных почвах железо менее растворимо в воде, поэтому растениям трудно получать его в качестве питательного вещества через корни. Известно, что травянистые растения выделяют из своих корней вещество под названием "мугиновая кислота", которое делает железо более растворимым в воде и позволяет ему усваиваться, однако детальный механизм этого процесса еще не выяснен.

Исследовательская группа использовала криоэлектронный микроскоп, который подходит для анализа биомолекул, для анализа структуры белка, который играет важную роль в поглощении железа корнями растений. Они определили трехмерную структуру YS1 и место связывания YS1, когда мугиновая кислота связывается с железом и поглощается через белок под названием "YS1" в корнях.

Мугиновая кислота помогает компенсировать дефицит железа, но ее трудно извлечь в достаточном количестве из природных растений. Поэтому в 2021 году члены исследовательской группы, включая Университет Токусимы и Aichi Steel, синтезировали пролин-дезоксимугиновую кислоту (PDMA) - вещество, которое выполняет ту же функцию, что и природная мугиновая кислота. В этом исследовании с помощью криоэлектронной микроскопии было подтверждено, что PDMA поглощается из корней по тому же механизму, что и природная мугиновая кислота.

PDMA может быть синтезирован по цене примерно в 1/1000 от стоимости мугиновой кислоты и, как ожидается, будет использоваться для улучшения бедных почв. При посеве в почву он разлагается примерно за месяц, что позволяет избежать негативного воздействия на окружающую среду. Цель состоит в том, чтобы в будущем использовать его в качестве удобрения.

Старший научный сотрудник Ямагата говорит: "Результаты исследования будут полезны при разработке удобрений нового поколения, которые облегчают или затрудняют усвоение растениями какого-либо металла. Это может привести к созданию безопасных растений риса, не содержащих кадмий".