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植物营养与逆境生理团队在植物质外体铁再利用调控研究领域取得进展


2021年6月23日,生物学Top期刊Molecular Plant(IF=12.084在线发表了我校生命科学学院植物营养与逆境生理团队与中科院植生所龚继明研究员团队、中科院遗传发育所周奕华研究员团队题为“Galactosylation of Rhamnogalacturonan-II for cell wall pectin biosynthesis is critical for root apoplastic iron reallocation in Arabidopsis”的合作研究论文。该论文阐述了植物根部细胞壁调控质外体铁(Fe)再利用的分子机理。

Fe是植物必需的微量矿质元素, 植物缺铁不仅会影响其自身的生长发育,而且能够通过食物链影响人类对铁元素的摄取,导致许多缺铁性疾病的发生。植物根系质外体空间(主要指细胞外包含细胞壁的空间部位)被认为是植物重要的铁贮存库,快速、有效利用根系的质外体铁是植物耐受缺铁的重要机制但是,由于细胞壁结构复杂、目前有关质外体Fe再分配过程的调节机制研究仍比较少,有观点认为质外体空间对Fe的再利用并不存在主动调控的过程

合作团队经过多年努力,通过遗传学、生物化学以及植物生理学等研究阐明了Cdi基因导的细胞壁果胶组分中鼠李半乳糖醛酸聚糖-IIRG-II的A链半乳糖基化,对于质外体Fe的再利用是必需的。Cdi基因编码一个糖基转移酶蛋白,在高尔基体中将GDP-L-半乳糖转移到RG-II的A链末端。Cdi基因突变后,RG-II的二聚化受阻,继而影响细胞壁的正常合成。有趣的是,突变体植物中Fe的再利用到显著抑制。进一步研究证实, Cdi基因的突变使细胞壁对质外体Fe的螯合作用增强,从而抑制了细胞对质外体Fe的吸收利用

本研究为细胞壁生物合成调控质外体Fe再分配提供了直接证据,表明细胞壁结构对于植物根部质外体Fe的有效利用至关重要。

Cdi根部质外体Fe再分配的模式图

A working model of apoplastic iron reallocation mediated by Cdi

Cdi induced by Fe deficiency catalyzes the transfer of GDP-L-galactose to the terminus of sidechain A on RG-II in Golgi. Galactosylation of RG-II is required for RG-II dimerization and cell wall modification, which then promotes Fe release from cell wall and the subsequent uptake into symplast and loading into long-distance transport path.

       我校生命科学学院植物营养与逆境生理团队彭佳师博士为论文共同第一作者(排名第一),我校为合作研究单位。该研究工作得到国家自然科学基金31700212(31325003 and 31530051等项目的支持。


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