보리의 뿌리 방어 : 살아남은 산성, 미스터 플레이 슬롯 풍부한 토양에 대한 비밀

릴리스 자막 :
과학자들은 뿌리 단백질이 보리가 산성 토양에서 독성 미스터 플레이 슬롯을 중화시키는 데 어떻게 도움이되는지를 밝히고 탄력성 작물을위한 길을 열어줍니다

릴리스 요약 텍스트 :
새로운 연구에 따르면 산성 토양의 독성 미스터 플레이 슬롯으로부터 식물을 보호하는 보리 뿌리 단백질의 3D 구조가 밝혀졌습니다 대부분의 수송 체와 달리이 단백질은 구연산염 (유해 미스터 플레이 슬롯 이온에 결합하는 음이온)을 뿌리를 보호하는 것입니다 이 발견은 식물이 적대적인 토양에 적응하는 방법에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 전 세계적으로 산성 농지에서 번성 할 수있는 작물 품종의 번식을 안내 할 수 있습니다

풀 텍스트 릴리스 :
전 세계 수십억 명의 사람들의 경우 토양 건강은 식량 안보의 결정 요인입니다 세계의 경작지의 거의 40%가 산성이므로 작물의 적대적인 환경을 만듭니다 이러한 토양에서, 미스터 플레이 슬롯 이온은 많은 양으로 방출되어 식물 뿌리를 중독시키고, 영양소 흡수를 손상시키고, 수확량을 크게 줄입니다 농민들은 종종 토양 수정 으로이 문제를 해결하려고 시도하지만,이 솔루션은 개발 도상국의 소규모 소유자에게 비용이 많이 들고 일시적이며 종종 손이 닿지 않습니다

이러한 도전 조건에서 생존하기 위해 일부 식물은 미스터 플레이 슬롯 스트레스에 대한 자연 방어를 발전 시켰습니다 일반적인 전략 중 하나는 뿌리에서 구연산염, 말 레이트 또는 옥살 레이트와 같은 유기산의 방출입니다 이 산은 토양의 미스터 플레이 슬롯 이온에 결합하여 독성을 중화시키고 뿌리 성장을 보호합니다

음식, 사료 및 양조를위한 세계에서 가장 중요한 시리얼 중 하나 인 보리는 일반적으로 산성 토양과 미스터 플레이 슬롯의 독성 효과에 취약합니다 그러나 일부 보리 품종은 놀라운 탄력성으로 두드러집니다 그들은 시트 레이트를 토양으로 적극적으로 펌핑하여 식물을 손상시키기 전에 미스터 플레이 슬롯을 중화시키는 특수 뿌리 단백질을 가지고 있습니다 이 적응을 통해 이러한 선택된 품종은 대부분의 다른 바리와 많은 작물이 성장하는 데 어려움을 겪는 도전 환경에서 번성 할 수 있습니다 그러나 지금 까지이 보호 단백질의 상세한 구조와 그 기능의 분자 메커니즘은 알려지지 않았습니다

이 메커니즘을 탐구하려면, 일본 오세마 야마 대학의 학제 간 과학 연구소의 Michihiro Suga 교수가 주도했습니다 이 팀에는 또한 Tran Nguyen Thao, Namiki Mitani-Ueno 박사 및 미스터 플레이 슬롯의 Jian Feng Ma 교수도 포함되었습니다 함께, 그들은 식물이 알루미늄이 풍부한 산성 토양을 견딜 수 있도록하는 보리 뿌리 단백질 인 Hvaact1의 첫 번째 상세 구조를 밝혀 냈습니다 이것은 식물에서 구연산염 유출의 첫 번째 구조적 기초를 제공하여 오랜 지식 격차를 메 웁니다

hvaact1은 식물, 동물 및 미생물에 걸쳐 널리 발견되는 단백질 수송 체의 다제 및 독성 화합물 확장 (mate) 패밀리에 속합니다 “hvaact1은 가장 구조적으로 특성화 된 메이트 단백질과 다릅니다” Suga 교수많은 메이트 운송업자가 긍정적으로 하전 된 분자를 움직이는 반면, 이것은 부정적인 하전 된 시트 레이트 분자를 수출하는 것을 전문으로합니다 일단 방출되면 구연산염은 뿌리 바깥에 독성 미스터 플레이 슬롯을 결합하여 식물의 토양을 더 안전하게 만듭니다”

실제로 단백질을 포착하기 위해 연구원들은 강력한 구조 생물학 도구를 사용했습니다 그들은 분자 역학 시뮬레이션 및 돌연변이 분석과 결합하여 싱크로트론 시설에서 X- 선 결정학을 사용하여 구조를 결정하여 단백질의 디자인을 거의 원자적 세부 사항으로 보여주는 고해상도 이미지를 만듭니다 이 이미지는 HVAACT1에 두 개의 별도이지만 조정 된 부위가 포함되어 있음을 보여 주었다 하나는 구연산염을 인식하고 다른 하나는 양성자 (수소 이온)에 결합하는 다른 하나를 포함한다는 것을 보여 주었다 이들 부위 사이의 상호 작용은 단백질이 시트 레이트를 토양으로 효율적으로 펌핑 할 수있게한다

이것은 보리가 미스터 플레이 슬롯 스트레스를 어떻게 처리하는지 설명 할뿐만 아니라 새로운 종류의 운송업자 생물학을 강조합니다 동일한 가족의 다른 단백질과 달리, 일반적으로 양으로 하전되거나 방향족 분자를 이동하는 HVAACT1은 음으로 하전 된 화합물을 운반합니다 이 비정상적인 능력은 식물 탄력성과 단백질 다양성에 대한 과학적 이해를 확대합니다

“hvaact1의 정확한 구조를 이해하면 식물이 미스터 플레이 슬롯 응력을 어떻게 처리하는지에 대한 청사진을 우리에게 제공합니다” Suga 교수는“이 유형의 수송 체가 분자 수준에서 음으로 하전 된 분자를 어떻게 움직이는 지에 대한 첫 번째 명확한 증거입니다”

이 발견은 처음으로 미스터 플레이 슬롯 내성을 담당하는 보리 운송업자를 확인한 초기 연구를 기반으로합니다 현재의 연구는 단백질의 작동 방식에 대한 오랫동안 기다려온 구조적 설명을 제공하여 동의 및 그 밖의 실제 적용에 대한 가능성을 잠금 해제합니다

“과학자로서, 우리는 자연이 문제를 해결하는 방법에서 항상 영감을받습니다” Suga 교수를 추가합니다이 단백질의 구조를 드러내면서 우리는 이제 산성 토양을 견딜 수있는 작물을 설계하거나 번식시켜 어려운 조건에서도 안정적인 수확을 보장합니다”

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참조 :
원본 논문의 제목 : 보리의 미스터 플레이 슬롯 내성을 중재하는 구연산염 수송 체에 대한 구조적 통찰력
저널 :미국 국립 과학 아카데미 (PNA)의 절차
doi :

Contact Person :Oknama University의 Michihiro Suga 교수
Michihiro Suga 교수는 일본 오카야마 대학교의 학제 간 과학 연구소의 구조 생물학 자 계열사입니다 그는 박사 학위를 보유하고 있습니다 오사카 대학교 (Osaka University)의 과학 분야에서 거의 20 년간의 연구 경험이 있습니다 30 개가 넘는 간행물을 통해 그의 작업은 냉동 전자 현미경 및 X- 선 결정학과 같은 고급 도구를 사용하여 광합성 막 단백질 및 미네랄 수송 체의 구조적 역학을 중심으로합니다 그의 주목할만한 업적에는 유명한 Robin Hill Award를 수상한 것과 여러 초기 경력 연구원의 명예가 포함되어 있으며 구조 생물학 및 식물 과학에 대한 그의 기여를 인정합니다
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