Logo bio-infomedia.ro

Autofagia: echilibrul zincului și fierului la plante

Foto: UNSPLASH/CC0 PUBLIC DOMAIN
  • Pentru creșterea optimă a plantelor este esențial un echilibru între nutrimentele și mineralele din sol, iar surplusul sau deficiența într-un nutriment specific poate avea efecte negative asupra sănătății plantelor, afectând producția agricolă.
  • Cercetătorii de la Universitatea Meiji din Japonia au investigat rolul potențial al autofagiei - un proces de auto-degradare și reciclare - în refacerea echilibrului zinc-fier din celulele plantelor.

Dezechilibrele dintre nutrimente pot afecta sănătatea culturilor și producția agricolă. Microelementele zinc și fier sunt absorbite de plante prin același sistem de transport, astfel că deficiența de zinc poate duce la un aport în exces de fier. Cum face față planta acestui dezechilibru? Cercetătorii de la Universitatea Meiji din Japonia arată că autofagia, procesul de auto-degradare intracelulară, poate juca un rol neașteptat în restabilirea echilibrului zinc-fier la plante.

Pentru creșterea optimă a plantelor este esențial un echilibru între nutrimentele și mineralele din sol. Surplusul sau deficiența într-un nutriment specific poate avea efecte negative asupra creșterii și sănătății plantelor, afectând astfel cantitatea și calitatea produsului agricol final. Dezechilibrele dintre nutrimente au devenit din ce în ce mai frecvente din cauza contaminării cu metale grele provenite de la activitățile industriale.

Zincul, un microelement esențial, este important pentru un număr de procese ale vieții. În mod interesant, aportul de zinc și fier, un alt microelement important, este facilitat de un grup de proteine denumit proteine transportoare reglate de zinc și fier (ZIP). Această înseamnă că o perturbare în echilibrul zinc-fier poate duce la simptome induse de deficiențele respective. Dacă solul nu conține suficient zinc, proteinele transportoare compensează prin creșterea aportului de fier, ducând la o creștere a speciilor oxidative reactive și la cloroză (îngălbenirea frunzelor). În schimb, un exces de zinc duce la reducerea aportului de fier. Cum este restabilit echilibrul intracelular al acestor nutrimente în astfel de situații?

Studiind mai în detaliu mecanismul probabil al echilibrului zinc-fier, cercetătorii de la Universitatea Meiji din Japonia au investigat rolul potențial al autofagiei - un proces de auto-degradare și reciclare - în refacerea echilibrului zinc-fier din celulele plantelor.

În timp ce majoritatea studiilor au investigat rolul aportului și transportului nutrimentelor, noi propunem un model nou privind modul în care autofagia furnizează ioni mobili de zinc și fier în condițiile lipsei de zinc, respectiv ale excesului de zinc; în acest fel, echilibrul intracelular zinc-fier se adaptează la concentrații variate ale zincului din mediul înconjurător, spune profesorul Kohki Yoshimoto, autor corespondent al studiului.

Anterior a fost demonstrat rolul autofagiei în creșterea disponibilității zincului la plante. La Arabidopsis, un model de plantă, mutanții atg, care sunt deficienți în privința autofagiei, prezintă niveluri reduse de zinc și manifestă cloroză severă. Mai mult, deficiența de zinc declanșează autofagia, care reaprovizionează planta cu ioni de zinc mobili. Totuși, la mutanții cu deficiență în autofagie, această activare este împiedicată, ducând la simptome clasice de deficiență de zinc.

Excesul de zinc este și el toxic pentru plante, iar autofagia joacă un rol salvator și în acest caz. Plantele manifestă simptome ale deficienței de fier în condițiile unei exces de zinc. Autofagia este activată în condițiile excesului de zinc pentru a reaproviziona ioni de fier mobili din surse imobile, cum sunt proteinele cu fier. Autofagia îmbunătățește disponibilitatea fierului din surse biologice și reprimă simptomele deficienței de fier.

Dincolo de homeostazia zinc-fier, cercetătorii au studiat mecanismele de detectare a nutrimentelor responsabile de activarea autofagiei. Factorii de transcripție bZIP19 și bZIP23 detectează modificările din nivelurile intracelulare de zinc și reglează expresia proteinelor transportoare din membrana celulară. Cercetătorii bănuiesc că aceste proteine ar putea fi regulatorii care activează sau dezactivează autofagia în funcție de nivelul de zinc. Un mecanism similar ar putea funcționa și în cazul deficienței de fier date de excesul de zinc, pentru a reface nivelurile de fier.

Per ansamblu, autofagia funcționează ca un mecanism de feedback care poate reacționa la stresul indus de deficiența sau excesul de zinc și care poate modifica disponibilitatea din surse biologice a nutrimentelor din celulele plantelor.

Modelul nostru oferă o nouă perspectivă a homeostaziei metalelor la plante. Aceasta poate contribui la dezvoltarea unor noi tehnici de cultivare și a unor soiuri de plante robuste, rezistente la fluctuațiile nivelurilor de nutrimente. Mai mult, descoperirile noastre pot fi aplicate și în medicina umană, pentru tratarea simptomelor induse de deficiența de zinc - o problemă majoră în țările în curs de dezvoltare, conchide profesorul Yoshimoto.

Source Sursa: phys.org
Text: Universitatea Meiji



Din aceeași categorie