鐵(Fe)作為植物所必需的一個(gè)重要微量元素，在植物體中作為許多細(xì)胞氧化還原反應(yīng)的重要輔助因子，參與了植物生長和發(fā)育的全過程。此外缺鐵脅迫往往會(huì)導(dǎo)致對(duì)鋅的過度吸收，因此植物對(duì)鐵和鋅穩(wěn)態(tài)的精確調(diào)控是維持正常生長的基礎(chǔ)。雖然鐵和鋅之間互作的動(dòng)態(tài)平衡已有研究，但在植物整株水平上的地上部到根的信號(hào)調(diào)控仍不清楚。

近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)韓振海/吳婷團(tuán)隊(duì)在EMBO reports在線發(fā)表了研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了缺鐵脅迫誘導(dǎo)長距離移動(dòng)mRNAMdCAX3從葉到根的運(yùn)輸，隨后在根中翻譯CAX3由分子伴侶CXIP1激活，通過促進(jìn)質(zhì)膜質(zhì)子泵的活性和鋅的液泡區(qū)隔化解毒，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵和鋅穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)以應(yīng)對(duì)缺鐵脅迫。

團(tuán)隊(duì)先前在對(duì)響應(yīng)缺鐵脅迫的長距離移動(dòng)mRNAs中鑒定得到一系列包括OPT3在內(nèi)的mRNAs在缺鐵脅迫下從地上部向根部運(yùn)輸參與缺鐵應(yīng)答反應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步鑒定得到蘋果砧穗間CAX3基因通過長距離運(yùn)輸?shù)礁窟M(jìn)而調(diào)節(jié)鐵鋅平衡。在蘋果缺鐵后葉片內(nèi)CAX3mRNA通過韌皮部部不斷下運(yùn)至根部，CAX3mRNA被翻譯成蛋白，并通過與CAX3分子伴侶CXIP1結(jié)合進(jìn)而激活其轉(zhuǎn)運(yùn)活性，將鋅離子泵入液泡進(jìn)行區(qū)隔化排毒，同時(shí)促使質(zhì)膜HA向質(zhì)外體泵出質(zhì)子促使根際酸化，通過這樣一個(gè)高效的循環(huán)來促進(jìn)鐵的吸收及調(diào)節(jié)鐵和鋅穩(wěn)態(tài)。然而在鐵低效型砧木中因缺少CAX3的分子伴侶CXIP1而導(dǎo)致無法激活該循環(huán)。

以上結(jié)果揭示了長距離移動(dòng)CAX3mRNA對(duì)缺鐵脅迫下蘋果鐵和鋅穩(wěn)態(tài)調(diào)控的分子機(jī)制,同時(shí)為地上部到根長距離運(yùn)輸?shù)膍RNA信號(hào)對(duì)植物整株水平上的營養(yǎng)元素穩(wěn)態(tài)的調(diào)控提供了新的思路。

該研究得到了北京科技創(chuàng)新服務(wù)能力建設(shè)-高精尖學(xué)科、111引智平臺(tái)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才工程等支持。(作者：張晴丹)

關(guān)鍵詞： 蘋果鐵和鋅 穩(wěn)態(tài)調(diào)控 缺鐵脅迫 動(dòng)態(tài)平衡