鐵（Fe）是植物必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素, 在光合作用等諸多生理代謝過程中發(fā)揮著重要的作用，但是由于其在土壤中的生物有效性低下，導(dǎo)致植物缺 Fe 現(xiàn)象比較普遍。植物根系質(zhì)外體空間被認(rèn)為是植物重要的 Fe 貯存庫，快速、有效地利用根系的質(zhì)外體 Fe 是植物耐受缺 Fe 生境的重要機(jī)制。但是質(zhì)外體鐵到底如何被利用知之甚少。

近日，Molecular Plant 在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心龔繼明研究組的研究論文。該論文揭示 Cdi 基因介導(dǎo)的細(xì)胞壁合成在植物根部質(zhì)外體 Fe 再利用機(jī)制中扮演重要角色。

前期研究表明，Cdi 基因純合突變導(dǎo)致雄配子不育而致死，因此該研究首先構(gòu)建了 Cdi 基因的花粉特異互補(bǔ)的純合突變體，并觀察到突變體根部變短，細(xì)胞膨大，細(xì)胞壁發(fā)育畸形等表型。由于該表型與細(xì)胞壁果膠組分中鼠李半乳糖醛酸聚糖 - II（RG-II）合成受阻的突變體 mgp4 非常類似，研究人員推測(cè) Cdi 可能也參與 RG-II 合成相關(guān)的生物學(xué)過程。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn) Cdi 突變體根部細(xì)胞壁中的 RG-II 二聚化受到抑制，且其 A 鏈缺少了一個(gè)半乳糖殘基。隨后通過體外純化 Cdi 蛋白及一系列酶活實(shí)驗(yàn)確定 Cdi 通過將 GDP-L - 半乳糖轉(zhuǎn)移至 RG-II A 鏈末端從而調(diào)控 RG-II 二聚化的生物學(xué)過程。

有趣的是，Cdi 基因的表達(dá)特異性受缺 Fe 誘導(dǎo)，而且缺 Fe 處理后的 Cdi 突變體比野生型更易出現(xiàn)葉片萎黃等缺鐵癥狀。缺 Fe 情況下，野生型根部的 Fe 大量向地上部轉(zhuǎn)移，而突變體根部的 Fe 轉(zhuǎn)移則嚴(yán)重受阻。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn) Cdi 突變使細(xì)胞壁對(duì) Fe 的吸附能力增強(qiáng)，導(dǎo)致根部質(zhì)外體 Fe 的再利用受到抑制，從而降低 Fe 從根部向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。

該研究為細(xì)胞壁生物合成調(diào)控質(zhì)外體 Fe 再分配提供了直接證據(jù)，表明根部質(zhì)外體 Fe 庫的有效利用受到植物主動(dòng)嚴(yán)密調(diào)控，而 Cdi 介導(dǎo)的果膠合成對(duì)于此生物學(xué)過程的調(diào)控至關(guān)重要。

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