거의 XNUMX년의 노력 끝에 RIKEN의 과학자들은 식물이 토양에서 철분을 모으는 데 도움이 되는 주요 수송체 단백질의 구조를 결정했습니다. 이 발견은 식물이 철분이 부족한 토양에서 철분을 추출하는 데 도움이 되는 새로운 고효능 비료의 개발을 안내할 수 있습니다.
토양은 다량의 알칼리성 염인 탄산칼슘을 함유하고 있기 때문에 전 세계 모든 토지의 약 XNUMX/XNUMX이 알칼리성입니다. 철은 이러한 알칼리성 토양에서 잘 용해되지 않으며 그 결과 철 결핍은 식물 성장을 심각하게 제한할 수 있습니다.
RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research의 Atsushi Yamagata는 “토양에서 철분을 흡수하는 것은 쉽지 않습니다.
그러나 밀과 보리를 포함한 일반적인 풀은 철분을 포획하는 독특한 전략을 발전시켰습니다. 그들은 풀어준다 화합물 토양으로 방출되어 철과 결합하여 식물이 뿌리를 통해 흡수할 수 있는 복합체를 형성하는 식물시데로포어(phytosiderophores)라고 합니다.
phytosiderophores는 mugineic acid로 알려진 화합물입니다. 철분을 운반하는 동안 세포막의 수송체 단백질에 의해 식물 세포로 재흡수됩니다. 그러나 이 과정의 분자 메커니즘에 대해서는 아직 많이 알려지지 않았습니다.
이제 Yamagata와 그의 동료들은 수송체 단백질의 구조를 처음으로 결정했습니다.
Yamagata는 "우리는 결합되지 않은 상태에서 그리고 철을 운반하는 phytosiderophore와 결합될 때 수송체 단백질의 구조를 해결했습니다."라고 말했습니다. 이것은 연구원들이 어떻게 분자의 미세한 세부 사항을 이해하는 데 도움이 되기 때문에 매우 중요합니다. 철-함유 복합체는 수송체와 상호작용하여 세포로 운반됩니다.
RIKEN 팀은 거의 XNUMX년 동안 수송체 단백질의 구조를 결정하기 위해 노력했습니다. Yamagata는 “우리는 X선 결정학으로 분석하는 데 필요한 결정조차 얻을 수 없었습니다. 돌파구는 최근 기술의 발전으로 이루어졌습니다. 냉동 전자 현미경, 동결 된 샘플에서 전자를 발사하여 구조를 밝혔습니다. 단백질.
이 연구는 이제 팀이 알칼리성 토양을 위한 매우 효과적인 비료의 새로운 세대가 될 수 있다고 믿고 있는 무긴산의 유도체를 개발하기 위한 작업을 안내하고 있습니다.
“도쿠시마 대학의 협력자인 Kosuke Namba가 개발한 합성 파생물은 개선할 수 있습니다. 식물 성장 약 2분의 XNUMX의 비용으로 천연 화합물보다 낫습니다.”라고 Yamagata는 말합니다. PDMA(proline-XNUMX'-deoxymugineic acid)라고 불리는 이 유도체는 내부에서 한 달 동안 안정적입니다. 흙, 천연 화합물의 경우 단 하루에 비해.
Namba는 현재 일본 제조업체와 협력하여 농업용 비료로 상업적 용도로 PDMA 생산을 확대하고 있습니다.