Железо (Fe) – важнейший микроэлемент для здорового роста растений, в том числе многих основных культур, таких как рис. Его дефицит остаётся распространённой проблемой в сельском хозяйстве, которая снижает урожайность, поскольку приводит к нарушению фотосинтеза, дыхания и азотного обмена. Поэтому создание механизмов, обеспечивающих эффективное усвоение и использование железа сельскохозяйственными культурами, особенно на щелочных почвах, является важнейшей задачей для обеспечения глобальной продовольственной безопасности.
Как железо перемещается в растениях? Поступление железа в корни — это лишь первый шаг. Затем минерал должен быть равномерно распределен по всему растению, особенно в его молодых листьях, развивающихся зернах и других активно растущих тканях. Этот процесс облегчается благодаря узлам растения, которые служат центральными транспортными узлами для минералов благодаря своей специализированной сосудистой системе.
В частности, узлы должны тщательно распределять железо между расширенными сосудистыми пучками (enlarged vascular bundles, EVB), которые снабжают более старые части растения, и диффузными сосудистыми пучками (diffuse vascular bundles, DVB), которые транспортируют питательные вещества к новым тканям. Несмотря на многочисленные исследования этих процессов, белок-переносчик железа, ответственный за высвобождение железа в DVB, оставался загадкой — до сих пор.
В недавнем исследовании группа исследователей из Университета Окаямы (Япония) под руководством профессора Цзянь Фэн Ма успешно обнаружила это недостающее звено. В их статье, опубликованной в журнале Nature Communications в соавторстве с Шэн Хуаном и Наоки Ямадзи, подробно описана функция недавно охарактеризованного белка риса OsIET1 (транспортер железа 1 из Oryza sativa).
Исследователи сосредоточились на гене OsIET1 после того, как предыдущее профилирование экспрессии гена показало его высокую экспрессию в сосудистых пучках. Используя различные методы молекулярного и клеточного анализа, группа впервые определила, что OsIET1 кодирует белок, локализующийся на плазматической мембране, в отличие от его близкородственных гомологов.
С помощью функциональных тестов группа продемонстрировала, что OsIET1 действует как транспортер двухвалентного железа, то есть активно выводит железо из клетки. Было обнаружено, что его экспрессия специфична для ксилемной области DVB, где железо необходимо пополнить для распределения в развивающиеся ткани.
Чтобы подтвердить его биологическую роль, исследователи создали нокаутные линии риса с инактивированным геном OsIET1. Эти мутантные растения демонстрировали явные признаки нарушения распределения железа: уровень железа значительно снижался в молодых листьях и зёрнах, но заметно накапливался в узлах и более старых листьях.
По сравнению с растениями дикого типа (слева), мутанты с нефункциональным геном OsIET1 начинают накапливать железо в узлах, а не перераспределять его в развивающиеся листья и зерновки. На этих изображениях железо показано синим цветом. Автор: профессор Цзянь Фэн Ма из Университета Окама (www.nature.com/articles/s41467-025-64863-4/figures/7
На вегетативной стадии это привело к пожелтению новых листьев, известному как хлороз. На репродуктивной стадии у мутантных растений наблюдались проблемы с ростом и, что самое главное, резкое снижение урожайности зерна.
В целом, идентификация OsIET1 восполняет важный пробел в знаниях, дополняя картину того, как рис управляет и расставляет приоритеты в доставке железа. «Учитывая ключевую роль узлов в распределении минералов, наши результаты показывают, что OsIET1 опосредует межсосудистый перенос железа, обеспечивая преимущественную доставку железа к развивающимся тканям и тем самым способствуя оптимальному росту и продуктивности растений», — отмечает профессор Ма.
Это исследование имеет важные последствия для управления и развития сельскохозяйственных культур. OsIET1 теперь представляет собой ценную молекулярную мишень для селекционных программ и генной инженерии. Манипулируя этим транспортером или оптимизируя его, учёные потенциально могут улучшить распределение железа в растениях риса, что приведёт к получению культур, более устойчивых к почвам с дефицитом железа. Важно отметить, что эта работа также открывает новые возможности для изучения транспортеров железа.
«Другие гомологи OsIET1 остаются неизученными. Исследование субклеточной локализации этих гомологов может в будущем дать более глубокое понимание различных ролей этого клада в транспорте железа», — заключает профессор Ма, предполагая, что впереди ещё много открытий в области поглощения минералов растениями.
Источник: Okayama University.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.