بعد ما يقرب من عقد من الجهد ، حدد العلماء في RIKEN بنية بروتين ناقل رئيسي يساعد النباتات على جمع الحديد من التربة. يمكن أن توجه هذه النتيجة تطوير الأسمدة الجديدة عالية الفعالية التي ستساعد النباتات على استخراج الحديد من التربة التي تعاني من نقص الحديد.
ما يقرب من ثلث الأرض قلوية لأن تربتها تحتوي على كميات كبيرة من الملح القلوي ، كربونات الكالسيوم. لا يذوب الحديد جيدًا في هذه التربة القلوية ، ويمكن أن يؤدي نقص الحديد الناتج إلى تقييد نمو النبات بشدة.
يقول أتسوشي ياماغاتا من مركز RIKEN لأبحاث ديناميات النظم الحيوية: "إن امتصاص الحديد من التربة ليس بالأمر السهل".
ومع ذلك ، فقد طورت الأعشاب الشائعة ، بما في ذلك القمح والشعير ، استراتيجية فريدة لالتقاط الحديد. يطلقون سراحهم المركبات تسمى phytosiderophores التي يتم إطلاقها في التربة ، حيث ترتبط بالحديد وتشكل مركبًا يمكن للنباتات امتصاصه من خلال جذورها.
phytosiderophores هي مركبات تعرف باسم الأحماض الموجينية. أثناء نقل حمولتها من الحديد يتم امتصاصها في الخلايا النباتية بواسطة بروتين ناقل في أغشية الخلايا. لكن لا يزال الكثير غير معروف عن الآلية الجزيئية لهذه العملية.
الآن ، حدد ياماغاتا وزملاؤه هيكل البروتين الناقل لأول مرة.
يقول ياماغاتا: "لقد حللنا بنية البروتين الناقل - سواء في الحالة غير المقيدة أو عندما يقترن بحامل نباتي يحمل الحديد". هذا أمر بالغ الأهمية لأنه يساعد الباحثين على فهم التفاصيل الجزيئية الدقيقة لكيفية عمل حديد- يتفاعل المركب المحتوي مع الناقل ليتم نقله إلى الخلايا.
كان فريق RIKEN يحاول تحديد بنية البروتين الناقل منذ ما يقرب من عشر سنوات. يقول ياماغاتا: "لم نتمكن حتى من الحصول على البلورات اللازمة للتحليل بواسطة علم البلورات بالأشعة السينية". جاء الاختراق مع التطورات الحديثة في تقنية تسمى الفحص المجهري بالتبريد، والتي كشفت عن الهياكل عن طريق إطلاق الإلكترونات على عينات مجمدة من بروتين.
يوجه هذا البحث الآن العمل لتطوير مشتقات الأحماض الموجينية ، والتي يعتقد الفريق أنها يمكن أن تصبح جيلًا جديدًا من الأسمدة عالية الفعالية للتربة القلوية.
"يمكن تحسين أحد المشتقات الاصطناعية ، التي طورها المتعاون معنا Kosuke Namba من جامعة توكوشيما نمو النبات أفضل من المركب الطبيعي بحوالي جزء من الألف من التكلفة فقط "، كما يقول ياماغاتا. يسمى برولين 2′-deoxymugineic acid (PDMA) ، يكون المشتق مستقرًا لمدة شهر في تربة، مقارنة بيوم واحد فقط للمركب الطبيعي.
تعمل Namba الآن مع شركة تصنيع يابانية لتوسيع نطاق إنتاج PDMA للاستخدام التجاري كسماد زراعي.