Как папоротник Pteris vittata накапливает мышьяк и выживает
Почвы и грунтовые воды, загрязнённые мышьяком, представляют угрозу для миллионов людей по всему миру. Очистка от этого токсичного металла — трудоёмкий и дорогой процесс.
Папоротник Pteris vittata (китайский тормозной папоротник) может сократить время и стоимость такой очистки. Он уникален своей способностью к гипернакоплению и толерантности к очень высоким уровням мышьяка, который он поглощает из почвы и накапливает в своих вайях.
Учёные из Университета Пердью определили, как папоротнику это удаётся. Команда профессора Джоди Бэнкс описала генетические и клеточные механизмы, контролирующие толерантность папоротника к мышьяку, в журнале Current Biology.
Генетический ключ к толерантности
Исследователи идентифицировали три гена, активность которых резко возрастает при контакте папоротника с мышьяком. "Заглушение" любого из этих генов приводит к гибели растения в присутствии мышьяка.
Эти гены кодируют три белка:
- OCT4 — мембранный белок, контролирующий перенос соединений через клеточную мембрану.
- GST — арсенатредуктаза, катализирующая превращение арсената из почвы в арсенит (форму, которую можно безопасно изолировать).
- GAPC1 — у других растений этот белок использует фосфат для получения энергии из глюкозы, и арсенат нарушает его работу. Однако у Pteris vittata GAPC1 имеет более высокое сродство к арсенату, чем к фосфату, что позволяет растению переносить токсичное вещество.
"Эти и другие гены работают вместе, чтобы "связать" мышьяк внутри клетки, пока он не будет безопасно помещён в клеточную вакуоль", — поясняет Джоди Бэнкс.
Эволюционная параллель
Механизм оказался почти идентичен тому, который используют для толерантности к мышьяку бактерии, такие как Pseudomonas aeruginosa. Это указывает на конвергентную эволюцию.
"Этот папоротник заимствовал тот же механизм толерантности к мышьяку, что и бактерии. И это единственный известный эукариот, способный на это", — отмечает Чао Кай, соавтор исследования.
Перспективы для очистки
По словам исследователей, папоротник может удалить почти 50% мышьяка из загрязнённой почвы за пять лет. Понимание его механизмов — важный шаг к созданию других растений для более быстрой и эффективной фиторемедиации мышьяка.