植物如何在铁吸收过程中保护自己免受氧化应激

铁是植物和人类生存的关键微量营养素，但过多的铁也可能有毒。杜塞尔多夫海因里希·海涅大学(HHU)的一个跨学科研究小组发现，蛋白质PATELLIN2不仅参与调节植物中的铁含量。PATELLIN2是一组蛋白质之一，也参与人体维生素E的运输。研究人员现在正在《植物生理学》杂志上展示这些结果，这对于通过植物性食物为人们提供铁也很重要。

铁是人类必需的微量营养素。一个人饮食中的铁和锌缺乏会对健康造成严重损害，尤其是未出生和幼儿。因此，为了确保世界粮食供应和消除营养不良，特别是在最贫穷的国家，有必要确保主要来自植物来源的铁供应，并通过有针对性的育种来改善铁。

植物需要铁来进行基本的代谢反应，例如光合作用和呼吸。然而，铁对他们来说是一把双刃剑：干旱等不利的环境条件会使植物处于压力之下，而包括铁在内的活性金属离子的存在又加剧了压力。植根后，植物显然无法摆脱局部胁迫条件，因此陆地植物需要进化出其他方法来应对胁迫因素。

这些包括铁调节。对于研究和应用，重要的是要了解植物在生长过程中如何用微量营养素管理其营养，以及氧化应激的潜在风险后果。如果我们知道这些过程，我们就可以有针对性地影响它们，以提高植物生产力和食品质量，特别是在气候变化的情况下——这增加了干旱的可能性。

由植物学主席Petra Bauer教授和Rumen Ivanov博士领导的HHU生物学，化学和医学代表组成的团队研究了使用拟南芥(thale cress)作为模型植物的植物中的铁吸收机制。铁调节转运蛋白IRT1在植物根部铁吸收中起重要作用。

根细胞控制IRT1的活性，使植物能够限制金属离子引起的毒性和氧化应激。HHU研究人员能够证明IRT1结合所谓的SEC14结构域脂质转移蛋白PATELLIN2。这反过来又根据铁的供应改变了IRT1的蛋白质环境。

另一种具有SEC14结构域的脂质转移蛋白在人类维生素E稳态以及维生素E从肠道通过肝脏运输到身体各个器官中起关键作用。身体从植物性食物中获取维生素E，主要是叶子和种子。

PATELLIN2可以结合α-生育酚分子，α-生育酚是叶和根中最重要的维生素E化合物之一。Jannik Hornbergs在HHU博士期间与Karolin Montag博士合作进行了这些研究，他说：“我们已经确定SEC14脂质转移蛋白PATELLIN2和生育酚对于根部的铁动员和抗氧化活性作为对铁的反应至关重要。

铁转运和SEC14脂质转移蛋白之间的联系为细胞如何使用维生素E来控制铁引起的氧化应激程度提供了新的工作模型。Rumen Ivanov博士和Bauer教授谈到结果的重要性：“最终，我们现在知道的这些联系可用于确定作物植物的新育种目标，以实现抗逆性并最大限度地提高植物中的铁含量。

该研究计划是在位于HHU的合作研究中心(CRC)1208“膜系统的身份和动力学 - 从分子到细胞功能”的框架内进行的。除了由Bauer教授领导的团队外，由Kai Stühler教授(分子蛋白质组学实验室)，Birgit Strodel教授(计算生物化学组)，Laura Hartmann教授(大分子化学主席)和Jürgen Zeier教授(植物分子生态生理学)领导的工作组也参与其中。