Popularyzatorski opis rezultatów projektu Transportery jonów metali

Nr wniosku: 190079, nr raportu: 18885. Kierownik (z rap.): dr Magdalena Migocka
Popularyzatorski opis rezultatów projektu
Transportery jonów metali mają podstawowe znaczenie dla wzrostu i rozwoju roślin. Białka zaopatrujące
komórki roślinne w metale korzystne, takie jak Fe i Zn determinują poziom tych pierwiastków w produktach
pochodzenia roślinnego a przez to także i wartość odżywczą roślin dla zwierząt i człowieka. Problem
niedoboru Fe i Zn w diecie ma zasięg globalny (wg statystyki WHO 2 mld ludzi na świecie cierpi z powodu
niedoboru Fe w diecie, 1/3 ludności doświadcza niedoboru Zn) a zanieczyszczenie gleb metalami ciężkimi
nieustannie wzrasta, dlatego poznanie funkcji, specyficzności oraz mechanizmów regulacji transporterów
metali u roślin to aktualny temat badań mających na celu z jednej strony zwiększenie wartości odżywczej
roślin, z drugiej strony zwiększenie potencjału roślin w oczyszczaniu terenów skażonych metalami ciężkimi.
W trakcie realizacji niniejszego projektu po raz pierwszy zidentyfikowano i scharakteryzowano białka, które
regulują zaopatrzenie mitochondriów i systemu błon aparatu Golgiego komórek roślinnych w odpowiednio,
żelazo i cynk. Są to białka MTP5, MTP6 i MTP7 należące do rodziny CDF/MTP (Cation Diffusion
Facilitator/Metal Tolerance Protein family), której przedstawiciele uczestniczą w transporcie rozmaitych
jonów metali dwuwartościowych, takich jak Zn2+, Mn2+, Cd2+, Ni2+, Co2+ czy Fe2+ w komórkach wszystkich
organizmów żywych. Dotychczas scharakteryzowane roślinne białka CDF zlokalizowano w błonie
wakuolarnej, gdzie transportują głównie cynk do wakuoli, lub w błonach zewnętrznej i prewakuolarnej,
gdzie transportują głównie mangan poza cytoplazmę. Na podstawie analizy filogenetycznej obejmującej
wszystkie zidentyfikowane dotąd białka CDF, białka MTP5, MTP6 i MTP7 zaklasyfikowano do dwóch
podgrup: Zn-CDF (MTP5) i Zn/Fe-CDF (MTP6 i MTP7), jednak fizjologiczna funkcja tych białek u roślin
pozostawała do tej pory nieznana. Klasyfikacja białek MTP5, MTP6 i MTP7 do grup białek związanych z
transportem cynku i żelaza, sugerowała że są to transportery związane z dystrybucją obydwu metali w
komórkach roślinnych. Nasze badania pokazały, że białka MTP6 i MTP7 lokalizują się w błonach
mitochondrialnych i transportują żelazo i mangan z mitochondriów do cytoplazmy (MTP6) lub tylko żelazo
z cytoplazmy do mitochondriów (MTP7), uczestnicząc tym samym w ochronie mitochondriów przed
toksycznymi stężeniami Fe i Mn oraz w kontrolowanej akumulacji Fe w mitochondriach. Wykazaliśmy
także, że obydwa białka nie uczestniczą w transporcie cynku. W przeciwieństwie do MTP6 i MTP7, białko
MTP5 uczestniczy w transporcie cynku z cytoplazmy do systemu błon aparatu Golgiego. Co więcej, funkcja
białka MTP5 jest ściśle powiązana z innym białkiem z rodziny CDF, białkiem MTP12. Obydwa białka
funkcjonują jako transportery Zn dopiero wówczas kiedy stworzą heterodimeryczny kompleks. Aktywność
białek CsMTP5, CsMTP6 i CsMTP7 jest regulowana na poziomie transkrypcji (CsMTP5 i CsMTP7) i na
poziomie potranskrypcyjnym (MTP7) przez transportowane metale tak, aby zapewnić komórkom roślinnym
zwiększoną akumulację korzystnych metali w mitochondriach i pęcherzykach wydzielniczych i
równocześnie ograniczyć akumulację toksycznych stężeń Fe i Mn w mitochondriach. Otrzymane wyniki
wskazują na nowa rolę białek CDF w komórkach roślinnych oraz dostarczają istotnych informacji na temat
specyficzności tych białek, które można wykorzystać w biotechnologii roślin dla celów zwiększenia wartości
odżywczej roślin (biofortyfikacji).