龚继明研究组发现硝酸盐转运蛋白介导植物体内铁的再分配
“科研” 进展 RESEARCH
2021年9月20日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心龚继明研究组在Plant communication在线发表了题为Two NPF transporters mediate iron long-distance transport and homeostasis in Arabidopsis的研究论文，研究报道了硝酸根转运蛋白家族（NRT1/PTR Family）中NPF5.9和NPF5.8参与植物缺铁应答及稳态和长途运输机制的重要基因。
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铁(Fe)是植物和其他生物体生长必需的元素，尽管土壤中含量丰富，大部分铁以不溶性还原型铁(Fe3+)的形式存在，难以被植物吸收。因此植物往往通过分泌H+或者小分子化合物的方式还原或者螯合铁，使之更容易被植物吸收利用。硝酸盐的吸收会造成土壤碱化从而影响Fe的吸收，导致植物出现缺铁性褪绿症状。因此，研究氮与铁的营养关系对改善农业铁缺乏从而提高作物产量具有重要意义。
植物缺铁性褪绿
“氮与铁” 的营养关系
该研究在NPF家族中筛选到一个受缺铁强烈诱导的基因NPF5.9，主要在植物的维管组织高表达。有意思的是，该基因的定位并不是传统的细胞质膜，而是很可能位于胞内的反式高尔基体膜(TGN)。酵母突变体中异源表达NPF5.9表明其具有铁相关的转运活性，植物体内NPF5.9过表达促进了Fe往地上部库组织的运输，但是突变体则不表现任何症状。NPF5.9的同源基因NPF5.8具有相似的表达模式，且单突仍无明显表型。npf5.8 npf5.9双突变体则出现萌发率低、株型矮小、果荚发育异常等症状，花、莲座叶的Fe含量降低，浇灌铁能恢复部分表型，说明二者在铁稳态调控中功能冗余。进一步研究发现，这两个基因皆调控低亲和力的硝酸根转运，而且也显著影响到植物体内的硝酸根分配，但硝酸根和铁的积累之间互不影响，说明NPF5.9和NPF5.8可能通过氮素衍生物等间接方式调控铁的平衡，这在最近发表的同僚文章中得到证实(Chao et al., 2021, Science Advance)，而且其在植物体内还通过硝酸根分配实现某种尚未阐明的生物学功能。
NPF5.9与NPF5.8参与植物铁的长途转运
与其硝酸根转运活性互不影响
2021 CEMPS
中科院分子植物卓越中心龚继明研究员为通讯作者，博士生陈思颖为第一作者。该项工作得到中国科学院先导项目和国家重点研发计划的支持。
图 | 龚继明研究组合影
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