Давно известно, что токсичность алюминия повреждает растительные клетки и подавляет рост растений. Алюминий широко распространен в слишком кислых почвах, и поскольку деятельность человека повысила кислотность почвы по всему миру, токсичность алюминия стала основной причиной низкой урожайности во всем мире. В то время как влияние алюминия на растения широко известно, то, как именно алюминий проникает в растительные клетки и причиняет вред, до конца не изучено. В новом исследовании, опубликованном в Frontiers in Plant Science, исследователи из Университета Цукубы обнаружили, что неотъемлемая часть клеточной стенки растения может играть роль в защите растений риса от почвенного алюминия.
Исследование было сосредоточено на Oryza sativa, разновидности риса, широко выращиваемой в азиатских странах. Группа воспользовалась преимуществами мутантного штамма риса под названием star1 (чувствительный к алюминиевой ризотоксичности 1). Как следует из названия, мутант очень чувствителен к токсическому воздействию алюминия, и его кончики корней очень плохо растут, когда алюминий находится в почве. Мутантный штамм позволил исследователям понять, как клетки риса на молекулярном уровне реагируют на алюминий.
«В более ранних работах предполагалось, что клеточная стенка каким-то образом играет механистическую роль в восприимчивости к алюминию, включая возможную роль пектина», - говорит Хироаки Иваи, ведущий автор исследования. «Мы сосредоточились на пектине, потому что он является основным полисахаридным компонентом клеточной стенки, а также потому, что предыдущие данные свидетельствуют о том, что чувствительность star1 к алюминию может быть связана с дефицитом пектина».
Чтобы подтвердить наводящие на размышления данные других исследований, исследователи измерили пектин на растущих кончиках корней растения, где, как считается, алюминий проникает в растение. По сравнению с рисом дикого сорта мутант star1 имел заметно более низкие уровни пектина. Это, по-видимому, влияет на накопление алюминия в кончике корня: когда кончики корней вымачивали в растворе алюминия, только кончики растений star1 поглощали заметные уровни алюминия. Дикая форма растения риса, по-видимому, была защищена от алюминия, и в растение попадало очень мало элемента.
«Наше исследование показывает, что распределение пектина в кончике корня, особенно в пограничных клетках корня, играет важную роль в обеспечении толерантности к алюминию», - заключает автор-корреспондент Дзюн Фурукава. «Мы считаем, что пектин, обнаруженный в клеточных стенках, играет огромную роль в определении того, сможет ли алюминий проникнуть в клетки на кончике корня. Таким образом, пектин, по-видимому, служит основным защитным барьером против алюминия».