Исследовательские группы из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) и Университета Мюнстера (WWU) обнаружили новый переключатель, который растения используют для управления своей реакцией на дефицит железа. Результаты исследования модельного растения Arabidopsis thaliana опубликованы в журнале Developmental Cell.
Железо является важным питательным веществом для растений, животных, а также для человека. Он необходим для разнообразных метаболических процессов, например, для фотосинтеза и дыхания. Если человеку не хватает железа, это приводит к серьезным негативным последствиям для здоровья. Ежегодно миллионы людей во всем мире страдают от дефицита железа. Железо попадает в пищевую цепь человека через растения прямо или косвенно. Хотя в принципе в почве содержится большое количество железа, у растений может возникнуть дефицит железа из-за специфического состава почвы. Кроме того, потребность растения в железе меняется на протяжении всего его развития в зависимости от внешних обстоятельств.
Поскольку растения сидячие, они не могут избежать своего положения. Следовательно, они разработали стратегии, позволяющие распознавать изменяющиеся условия окружающей среды на ранней стадии и адаптироваться к этим изменениям. В частности, в связи с изменением климата понимание процессов, которые растения используют для приспособления к изменениям в питании, когда факторы окружающей среды становятся непредсказуемыми, также имеет большое значение для сельскохозяйственного сектора и его партнеров по исследованиям в их усилиях по выведению новых сортов высокоурожайных культур. культурные растения.
Регуляция железа является важной модельной системой в биологии растений для понимания того, как процессы клеточной регуляции влияют друг на друга и связанные с ними сигнальные пути. Исследователи из HHU под руководством профессора Петры Бауэр и ее сотрудника, доктора Цветины Брумбаровой, а также из WWU под руководством профессоров Йорга Кудлы и профессора Уве Карста изучили особые механизмы и динамику белка под названием «FIT» в железе. поглощение и обнаружили клеточные информационные процессы, которые влияют на FIT.
Белок FIT был обнаружен рабочей группой профессора Бауэра, и механизмы его регуляции изучаются в Институте ботаники HHU. FIT может находиться в активном и неактивном состоянии. У модельного растения Arabidopsis thaliana он играет ключевую роль в регуляции усвоения железа. Однако то, как завод решает, сколько железа поглощать и как передавать эту информацию регулятору FIT, является предметом текущих исследований в HHU. Механизм регуляции FIT, описанный в Дюссельдорфе, объединяет различные сигналы, используемые растением для реагирования на условия окружающей среды и стрессовые условия.
Биологи растений из Мюнстера, работающие с проф. Кудла из Института биологии растений и биотехнологии специализируется на понимании того, что называется «передачей клеточного сигнала», в частности, передачи сигнала кальция. Это включает в себя передачу сигнала, при котором растение преобразует и передает информацию об окружающей среде и запускает, например, реакцию на стресс или, как показано в данном случае, лучшую реакцию на дефицит железа. С этой целью команда Института неорганической и аналитической химии WWU под руководством профессора Карста проанализировала концентрацию железа в растениях.
До сих пор точная связь между железом и кальцием была неясна. Теперь исследовательские группы в HHU и WWU обнаружили, что дефицит железа запускает сигналы кальция, оказывая значительное влияние на механизм регуляции FIT. В совместном исследовании, опубликованном в журнале Developmental Cell, исследовательские группы описывают, как фермент CIPK11, связанный с обнаружением кальция, может взаимодействовать с белком FIT и маркировать его. В конечном итоге растение может использовать эту активацию FIT для контроля поглощения железа корнями и хранения железа в семенах.
«Нам удалось отследить молекулярные и клеточные механизмы, которые связывают FIT с расшифровкой сигналов кальция. Это, в свою очередь, важно, когда растение должно контролировать поглощение железа в зависимости от внешних факторов», - объясняют д-р Брумбарова и Проф. Бауэр. Профессор Кудла добавляет: «Наше открытие имеет значение для биологических, а также медицинских вопросов, связанных с питательными веществами, процессами развития и стрессовым поведением».