Nakon gotovo desetljeća truda, znanstvenici iz RIKEN-a utvrdili su strukturu ključnog prijenosnog proteina koji pomaže biljkama skupljati željezo iz tla. Ovo otkriće moglo bi usmjeriti razvoj novih visokoučinkovitih gnojiva koja će pomoći biljkama da ekstrahiraju željezo iz tla s nedostatkom željeza.
Otprilike trećina cjelokupne zemlje na svijetu je alkalna jer njezino tlo sadrži velike količine alkalne soli, kalcijevog karbonata. Željezo se ne otapa dobro u ovim alkalnim tlima, a rezultirajući nedostatak željeza može ozbiljno ograničiti rast biljaka.
"Usvajanje željeza iz tla nije lako", kaže Atsushi Yamagata iz RIKEN centra za istraživanje dinamike biosustava.
Međutim, obične trave, uključujući pšenicu i ječam, razvile su jedinstvenu strategiju za hvatanje željeza. Oni oslobađaju spojevi zvani fitosiderofori koji se oslobađaju u tlo, gdje se vežu sa željezom i tvore kompleks koji biljke mogu apsorbirati kroz svoje korijenje.
Fitosiderofori su spojevi poznati kao muginske kiseline. Dok nose svoj teret željeza, oni se ponovno apsorbiraju u biljne stanice pomoću proteina prijenosnika u staničnoj membrani. Ali još uvijek je puno nepoznato o molekularnom mehanizmu ovog procesa.
Sada su Yamagata i njegovi suradnici po prvi put odredili strukturu proteina prijenosnika.
"Razriješili smo strukturu proteina prijenosnika - i u nevezanom stanju i u kombinaciji s fitosideroforom koji nosi željezo", kaže Yamagata. To je kritično jer pomaže istraživačima da razumiju fine molekularne detalje o tome kako željezo-sadrži kompleks u interakciji s transporterom da bi se prenio u stanice.
Tim RIKEN-a pokušavao je utvrditi strukturu proteina prijenosnika gotovo deset godina. "Nismo mogli dobiti kristale potrebne za analizu rendgenskom kristalografijom", kaže Yamagata. Proboj je došao s nedavnim napretkom u tehnici tzv krioelektronska mikroskopija, koji je otkrio strukture ispaljivanjem elektrona na smrznute uzorke protein.
Ovo istraživanje sada usmjerava rad na razvoju derivata muginske kiseline, za koje tim vjeruje da bi mogli postati nova generacija visoko učinkovitih gnojiva za alkalna tla.
"Jedan sintetski derivat, koji je razvio naš suradnik Kosuke Namba sa Sveučilišta Tokushima, može poboljšati rast biljaka bolji od prirodnog spoja uz samo oko tisućiti dio cijene,” kaže Yamagata. Nazvan prolin-2'-deoksimuginična kiselina (PDMA), derivat je stabilan mjesec dana u tlo, u usporedbi sa samo danom za prirodni spoj.
Namba sada radi s japanskim proizvođačem na povećanju proizvodnje PDMA za komercijalnu upotrebu kao poljoprivrednog gnojiva.