Cách giúp cây trồng phát triển tốt trên đất nghèo sắt

a Giao diện điều chỉnh độ sáng được làm trung gian thông qua một tấm β chống song song. Các liên kết hydro được hình thành bởi tấm chống song song được hiển thị dưới dạng các đường đứt nét. Mật độ cryo-EM của liên kết disulfide được hình thành giữa Cys250 và Cys671 được hiển thị dưới dạng lưới màu xanh lam. b Danh bạ Van der Waals trong giao diện mờ hơn. Dư lượng đóng góp vào các liên hệ van der Waals được biểu thị bằng que. c Các phân tử CHS được liên kết giữa các bộ điều chỉnh độ sáng HvYS1. Mật độ cryo-EM của các phân tử CHS ở giao diện mờ hơn được hiển thị dưới dạng lưới màu xanh lam. Dư lượng tương tác với CHS được biểu thị dạng que.

Nguồn: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34930-1.

Sau gần một thập kỷ nỗ lực, các nhà khoa học tại RIKEN đã xác định được cấu trúc của một loại protein vận chuyển chính giúp cây trồng thu thập sắt từ đất. Phát hiện này có thể định hướng cho việc phát triển các loại phân bón mới có hiệu lực cao giúp cây trồng lấy sắt từ đất thiếu sắt.

Khoảng một phần ba diện tích đất trên toàn cầu có tính kiềm vì đất chứa một lượng lớn muối kiềm CaCO₃. Sắt không hòa tan tốt trong các loại đất kiềm này và hậu quả là thiếu sắt, điều này có thể hạn chế nghiêm trọng sự phát triển của cây trồng.

Atsushi Yamagata, làm việc tại Trung tâm Nghiên cứu Động lực Hệ sinh học RIKEN cho biết: “Việc hấp thu sắt từ đất không hề dễ dàng”.

Tuy nhiên, các loại cây hòa thảo phổ biến như lúa mì và lúa mạch, có cơ chế độc đáo để thu giữ sắt. Chúng giải phóng các hợp chất gọi là phytosiderophores được giải phóng vào đất, nơi chúng liên kết với sắt và tạo thành một phức hợp mà cây có thể hấp thụ qua bộ rễ. Các phytosiderophores là các hợp chất được biết đến như axit mugineic. Trong khi vận chuyển sắt, chúng được tái hấp thu vào tế bào thực vật nhờ một protein vận chuyển trong màng tế bào. Nhưng vẫn còn nhiều điều chưa biết về cơ chế phân tử của quá trình này.

Giờ đây, Yamagata và đồng nghiệp của ông đã lần đầu tiên xác định được cấu trúc của protein vận chuyển. “Chúng tôi đã giải quyết được cấu trúc của protein vận chuyển - cả ở trạng thái không liên kết và khi được kết hợp với một phytosiderophore mang sắt”. Điều này rất quan trọng vì nó giúp các nhà nghiên cứu hiểu được các chi tiết phân tử nhỏ về cách phức hợp chứa sắt tương tác với chất vận chuyển để đưa vào tế bào.

Nhóm RIKEN đã cố gắng xác định cấu trúc của protein vận chuyển trong gần mười năm. Yamagata nói: “Chúng tôi thậm chí không thể thu được các tinh thể cần thiết để phân tích bằng phương pháp tinh thể học tia X. Bước đột phá này đến từ những tiến bộ gần đây thông qua kính hiển vi điện tử lạnh, nhận biết các cấu trúc bằng cách bắn các electron vào các mẫu protein đông lạnh.

Nghiên cứu này hiện đang phát triển các dẫn xuất của axit mugineic, nhóm nghiên cứu tin rằng có thể trở thành một thế hệ phân bón hiệu quả cao mới cho đất kiềm.

Theo Yamagata: “Một dẫn xuất tổng hợp, có thể cải thiện sự phát triển của thực vật tốt hơn so với hợp chất tự nhiên với chi phí chỉ bằng 1/1000, được gọi là axit proline-2′-deoxymugineic (PDMA), dẫn xuất này ổn định trong thời gian một tháng trong đất, so với chỉ một ngày đối với hợp chất tự nhiên”. Dẫn xuất này hiện đang được mở rộng quy mô sản xuất để sử dụng thương mại làm phân bón nông nghiệp.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org