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Plant Cell: 植物如何吸收适量微量元素?

  1. 微量元素
  2. 烟草胺
  3. 植物

来源:生物谷 2012-04-14 20:36

为了生存,植物必须从土壤中吸收既不能太多也不太少的微量元素。在期刊The Plant Cell上,已发表了关于植物如何操控这个关键平衡新见解的一系列文章,文中报道了金属结合分子烟草胺的新功能。该研究结果不仅对呆持续发展的农业很重要,对于人类预防因营养不良饮食引起的健康问题也很重要。 植物是食物链起点:所有生物都需要如铁、锌和铜样的营养素。它们促进细胞内的基本催化功能。

为了生存,植物必须从土壤中吸收既不能太多也不太少的微量元素。在期刊The Plant Cell上,已发表了关于植物如何操控这个关键平衡新见解的一系列文章,文中报道了金属结合分子烟草胺的新功能。该研究结果不仅对呆持续发展的农业很重要,对于人类预防因营养不良饮食引起的健康问题也很重要。

植物是食物链起点:所有生物都需要如铁、锌和铜样的营养素。它们促进细胞内的基本催化功能。因为植物是食物链的起点,植物中这些微量元素的充足含量是人类饮食所必需的。这些金属在化学上很相似,使生物很难以区分它们。

细胞如何区分锌与铁竞争剂:在植物中,金属结合分子烟草胺对于铁运输很重要。过量锌能摧毁铁依赖性过程,反之亦然。细胞质中有多少锌可用由细胞中烟草胺贮存在何处所决定。Zn诱导易化因子1(ZIF1,Zinc-Induced Facilitator1,一种细胞膜转运蛋白)能将金属结合分子从细胞质中转移至液泡。如果细胞质中高锌浓度,ZIF1则将烟草胺转运至液泡中。作为一个结果,锌离子也可被转运至液泡中,然后从细胞质和植物内转运路线中移除。现在,锌是竞争性不及铁,所以铁在细胞内更容易被使。

烟草胺对于根到叶的锌转运都至关重要:因为遗传因素,植物含有不同量微量元素主要由它们生存环境所决定。例如,天然生长于德国的植物Arabidopsis halleri,它叶子中聚集的锌就是许多其他植物的100倍,研究发现该植物能产生大量烟草胺,当用遗传控制方法灭活此分子合成时,该植物也从根转运少量锌至叶子。因此,对于叶子高锌浓度来说,烟草胺是至关重要的。(生物谷bioon.com)

Transcriptome Sequencing Identifies SPL7-Regulated Copper Acquisition Genes FRO4/FRO5 and the Copper Dependence of Iron Homeostasis in Arabidopsis

M. Bernal, D. Casero, V. Singh, G. T. Wilson, A. Grande, H. Yang, S. C. Dodani, M. Pellegrini, P. Huijser, E. L. Connolly, S. S. Merchant, U. Kramer

The transition metal copper (Cu) is essential for all living organisms but is toxic when present in excess. To identify Cu deficiency responses comprehensively, we conducted genome-wide sequencing-based transcript profiling of Arabidopsis thaliana wild-type plants and of a mutant defective in the gene encoding SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE7 (SPL7), which acts as a transcriptional regulator of Cu deficiency responses. In response to Cu deficiency,FERRIC REDUCTASE OXIDASE5 (FRO5) and FRO4 transcript levels increased strongly, in an SPL7-dependent manner. Biochemical assays and confocal imaging of a Cu-specific fluorophore showed that high-affinity root Cu uptake requires prior FRO5/FRO4-dependent Cu(II)-specific reduction to Cu(I) and SPL7 function. Plant iron (Fe) deficiency markers were activated in Cu-deficient media, in which reduced growth of the spl7 mutant was partially rescued by Fe supplementation. Cultivation in Cu-deficient media caused a defect in root-to-shoot Fe translocation, which was exacerbated in spl7 and associated with a lack of ferroxidase activity. This is consistent with a possible role for a multicopper oxidase in Arabidopsis Fe homeostasis, as previously described in yeast, humans, and green algae. These insights into root Cu uptake and the interaction between Cu and Fe homeostasis will advance plant nutrition, crop breeding, and biogeochemical research.

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