Después de casi una década de esfuerzos, los científicos de RIKEN han determinado la estructura de una proteína transportadora clave que ayuda a las plantas a recolectar hierro del suelo. Este hallazgo podría guiar el desarrollo de nuevos fertilizantes de alta potencia que ayuden a las plantas a extraer hierro de suelos con deficiencia de hierro.
Aproximadamente un tercio de toda la tierra a nivel mundial es alcalina porque su suelo contiene grandes cantidades de sal alcalina, carbonato de calcio. El hierro no se disuelve bien en estos suelos alcalinos y la deficiencia de hierro resultante puede restringir severamente el crecimiento de las plantas.
“La absorción de hierro del suelo no es fácil”, dice Atsushi Yamagata del Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas.
Sin embargo, los pastos comunes, incluidos el trigo y la cebada, han desarrollado una estrategia única para capturar el hierro. liberan compuestos llamados fitosideróforos que se liberan en el suelo, donde se unen al hierro y forman un complejo que las plantas pueden absorber a través de sus raíces.
Los fitosideróforos son compuestos conocidos como ácidos mugineicos. Mientras transportan su carga de hierro, son reabsorbidos en las células vegetales por una proteína transportadora en las membranas celulares. Pero todavía se desconoce mucho sobre el mecanismo molecular de este proceso.
Ahora, Yamagata y sus colaboradores han determinado por primera vez la estructura de la proteína transportadora.
“Hemos resuelto la estructura de la proteína transportadora, tanto en estado libre como cuando se combina con un fitosideróforo transportador de hierro”, dice Yamagata. Esto es crítico porque ayuda a los investigadores a comprender los detalles moleculares finos de cómo el de hierroEl complejo que contiene interactúa con el transportador para ser transportado a las células.
El equipo de RIKEN había estado tratando de determinar la estructura de la proteína transportadora durante casi diez años. “Ni siquiera pudimos obtener los cristales necesarios para el análisis mediante cristalografía de rayos X”, dice Yamagata. El gran avance se produjo con los avances recientes en una técnica llamada microscopía crioelectrónica, que reveló las estructuras disparando electrones a muestras congeladas del proteína.
Esta investigación ahora está guiando el trabajo para desarrollar derivados de ácidos mugineicos, que el equipo cree que podrían convertirse en una nueva generación de fertilizantes altamente efectivos para suelos alcalinos.
“Un derivado sintético, desarrollado por nuestro colaborador Kosuke Namba de la Universidad de Tokushima, puede mejorar crecimiento de las plantas mejor que el compuesto natural a solo alrededor de una milésima parte del costo”, dice Yamagata. Llamado ácido prolina-2′-desoximuginico (PDMA), el derivado es estable durante un mes en suelo, en comparación con solo un día para el compuesto natural.
Namba ahora está trabajando con un fabricante japonés para aumentar la producción de PDMA para uso comercial como fertilizante agrícola.