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《植物铁吸收、转运和调控的分子机制研究进展74131》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、植物学通报ChineseBulletinofBotany2007,24(6):779-788,www.chinbullbotany.com.综述.植物铁吸收、转运和调控的分子机制研究进展*吴慧兰,王宁,凌宏清中国科学院遗传与发育生物学研究所,植物细胞与染色体工程国家重点实验室,北京100101摘要铁是植物正常生命活动所必需的微量矿质元素,铁离子的吸收、转运和利用是一个复杂的过程,很多基因参与了这一过程。本文对近10年来发现和分离的参与植物铁吸收、转运及调控的基因研究进展进行了综述。根据最近的研究结果,提出了植物控制铁吸收的分子调控模式(机理I)。
2、关键词铁,矿质营养元素,铁吸收的分子调控模式,植物营养,吸收与转运吴慧兰,王宁,凌宏清(2007).植物铁吸收、转运和调控的分子机制研究进展.植物学通报24,779-788.铁离子由于具有活跃的价态变化,即三价与二价的及身体健康(Yuanetal.,1995)。互变,因此是细胞内氧化还原反应所必需的组分。铁在植物在漫长的进化过程中,由于生长环境的差异,形细胞呼吸、光合作用和金属蛋白的催化反应过程中发成了不同的铁高效吸收机制,以保证从土壤中获取充足挥重要作用,是重要的电子传递体,因此铁元素在原核和的铁营养,维持植株的生长发育,乃至整个物种的生存。3
3、+真核生物的生命活动中具有不可替代的功能。而另一在土壤中,尤其是碱性土壤中铁主要以不溶的Fe形式3+2+方面由于Fe/Fe的高氧化还原势,细胞内游离态的铁存在,因此根据铁吸收形式的不同,植物被划分为机理I容易发生Fenton化学反应,激活还原态的氧,产生有害(strategyI)和机理II(strategyII)植物(Römheldand的超氧化合物,对细胞造成伤害(BriatandLebrum,Marschner,1986)。双子叶植物和非禾本科单子叶植1999)。因此,所有生物都必须通过一套严密的调控机物采用机理I(strategyI)的高效
4、活化和吸收机制从土壤中+制来保持铁供给和需求的动态平衡。获取铁。该机理主要由3个部分组成:(1)H-ATPase泵+铁在地壳中的含量丰富,但地球上许多生物的生存系统,分泌H降低土壤pH值,增加根际土壤颗粒中铁3+3+3+2+却受缺铁的限制。这是因为铁多以Fe的形式存在,而的可溶性;(2)Fe还原系统,包括将Fe还原成Fe的2+这种形态的铁在中性和碱性土壤中的溶解度极低,从而还原酶和与之耦联的NADPH脱氢酶;(3)Fe的转运系限制了土壤中铁的有效性。缺铁会导致叶绿素合成减统,包括一系列的铁转运蛋白,将还原的亚铁离子转运到少,光合速率降低,严重缺铁
5、时叶绿素合成停止,新叶变细胞内,再由其它转运蛋白输送到各个细胞器和器官中黄,生物量大幅度下降。植物缺铁不仅影响植物的生长供利用。而禾本科植物,则采用另一种铁的吸收机制发育,造成巨大的经济损失,而且也影响动物和人类对铁——机理II(strategyII)。机理II植物在受低铁胁迫时,的获取,从而导致许多缺铁性疾病的发生。人类铁营养体内合成大量的植物铁载体(phytosiderophores,PS),3+的缺乏已经成为当今世界最为严重的营养缺素症之一。并分泌到根际土壤中,与土壤中的Fe直接结合,以螯3+当人体由于某种原因不能摄入足量的铁营养时,就会引
6、合物的形式转运至细胞内,再释放出Fe,供代谢利用起如Wilson、Pakinson、Menken及贫血病(anemia)(Robertsetal.,2004)。最近的研究表明,在禾本科植等许多生理功能异常疾病,危及患者智力和体能的发育物水稻中,也存在机理I的亚铁离子转运系统,即水稻既收稿日期:2007-05-29;接受日期:2007-09-24基金项目:国家自然科学基金(No.30530460)*通讯作者。E-mail:hqling@genetics.ac.cn780植物学通报24(6)20073+能够通过分泌PS,螯合和吸收Fe,也可通过亚铁离
7、子面将三价铁离子还原成可吸收的二价铁离子,再通过高2+转运系统直接从土壤中吸收Fe(Ishimaruetal.,2006)。亲和亚铁离子转运蛋白转入根细胞。铁还原酶活性可通过在溶液或培养基中添加亚铁离子螯合剂BPDS(bathophenanthrolinedisulfonate)或ferrozine(3-(2-1机理I和机理II植物中与铁移动相关的pyridyl)-5,6-diphenyl-1,2,4-triazinesulphonate)间接地基因3+2+进行定性和定量分析,即当铁还原酶将Fe还原成Fe2+在过去的10多年中,人们在植物铁元素吸
8、收代谢的分子时,Fe与BPDS或ferrozine结合,生成粉红或红色的机理方面做了大量研究,取得了重要进展,分离了很多参化合物,通过比
