帮助植物在贫铁土壤中茁壮成长的技巧

经过近十年的努力，RIKEN的科学家们已经确定了帮助植物从土壤中收集铁的关键转运蛋白的结构。这一发现可以指导开发新的高效肥料，帮助植物从缺铁土壤中提取铁。

全球大约三分之一的土地是碱性的，因为它的土壤含有大量的碱性盐，碳酸钙。铁不能很好地溶解在这些碱性土壤中，由此产生的缺铁会严重限制植物的生长。

“从土壤中吸收铁并不容易，”RIKEN生物系统动力学研究中心的Atsushi Yamagata说。

然而，包括小麦和大麦在内的普通草已经进化出一种独特的策略来捕获铁。它们释放称为含铁磷脂的化合物，这些化合物被释放到土壤中，在那里它们与铁结合并形成植物可以通过根部吸收的复合物。

含铁素植物载体是称为黄铁酸的化合物。在携带铁货物时，它们被细胞膜中的转运蛋白重新吸收到植物细胞中。但关于这一过程的分子机制仍然有很多未知数。

现在，Yamagata和他的同事首次确定了转运蛋白的结构。

“我们已经解决了转运蛋白的结构 - 无论是在未结合状态下还是与携带铁的含铁植物载体结合时，”Yamagata说。这是至关重要的，因为它有助于研究人员了解含铁复合物如何与转运蛋白相互作用的精细分子细节。

近十年来，RIKEN团队一直试图确定转运蛋白的结构。“我们甚至无法获得通过X射线晶体学进行分析所需的晶体，”Yamagata说。这一突破来自于一种称为冷冻电子显微镜的技术的最新进展，该技术通过在蛋白质的冷冻样品上发射电子来揭示结构。

这项研究现在正在指导开发木霉酸衍生物的工作，该团队认为这可能成为碱性土壤的新一代高效肥料。

“由我们的合作者德岛大学的Kosuke Namba开发的一种合成衍生物可以比天然化合物更好地改善植物生长，而成本仅为千分之一左右，”Yamagata说。这种衍生物被称为脯氨酸-2′-脱氧亚木酸(PDMA)，在土壤中稳定一个月，而天然化合物只有一天。

难波现在正与一家制造商合作，扩大PDMA的生产，用于商业用途的农业肥料。

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