蘋果在缺少微量元素時會發生什么？

鐵（Fe）作為植物所必需的一個重要微量元素，在植物體中作為許多細胞氧化還原反應的重要輔助因子，參與了植物生長和發育的全過程。此外缺鐵脅迫往往會導致對鋅的過度吸收，因此植物對鐵和鋅穩態的精確調控是維持正常生長的基礎。雖然鐵和鋅之間互作的動態平衡已有研究，但在植物整株水平上的地上部到根的信號調控仍不清楚。

近日，中國農業大學韓振海/吳婷團隊在EMBO reports在線發表了研究論文。該研究發現了缺鐵脅迫誘導長距離移動mRNA MdCAX3從葉到根的運輸，隨后在根中翻譯CAX3由分子伴侶CXIP1激活，通過促進質膜質子泵的活性和鋅的液泡區隔化解毒，從而實現對鐵和鋅穩態的調節以應對缺鐵脅迫。

團隊先前在對響應缺鐵脅迫的長距離移動mRNAs中鑒定得到一系列包括OPT3在內的mRNAs在缺鐵脅迫下從地上部向根部運輸參與缺鐵應答反應。研究團隊進一步鑒定得到蘋果砧穗間CAX3基因通過長距離運輸到根部進而調節鐵鋅平衡。在蘋果缺鐵后葉片內CAX3 mRNA通過韌皮部部不斷下運至根部，CAX3 mRNA被翻譯成蛋白，并通過與CAX3分子伴侶CXIP1結合進而激活其轉運活性，將鋅離子泵入液泡進行區隔化排毒，同時促使質膜HA向質外體泵出質子促使根際酸化，通過這樣一個高效的循環來促進鐵的吸收及調節鐵和鋅穩態。然而在鐵低效型砧木中因缺少CAX3的分子伴侶CXIP1而導致無法激活該循環。

以上結果揭示了長距離移動CAX3 mRNA對缺鐵脅迫下蘋果鐵和鋅穩態調控的分子機制,同時為地上部到根長距離運輸的mRNA信號對植物整株水平上的營養元素穩態的調控提供了新的思路。

該研究得到了北京科技創新服務能力建設-高精尖學科、111引智平臺、中國農業大學2115人才工程等支持。