苹果在缺少微量元素时会发生什么？

铁（Fe）作为植物所必需的一个重要微量元素，在植物体中作为许多细胞氧化还原反应的重要辅助因子，参与了植物生长和发育的全过程。此外缺铁胁迫往往会导致对锌的过度吸收，因此植物对铁和锌稳态的精确调控是维持正常生长的基础。虽然铁和锌之间互作的动态平衡已有研究，但在植物整株水平上的地上部到根的信号调控仍不清楚。

近日，中国农业大学韩振海/吴婷团队在EMBO reports在线发表了研究论文。该研究发现了缺铁胁迫诱导长距离移动mRNA MdCAX3从叶到根的运输，随后在根中翻译CAX3由分子伴侣CXIP1激活，通过促进质膜质子泵的活性和锌的液泡区隔化解毒，从而实现对铁和锌稳态的调节以应对缺铁胁迫。

团队先前在对响应缺铁胁迫的长距离移动mRNAs中鉴定得到一系列包括OPT3在内的mRNAs在缺铁胁迫下从地上部向根部运输参与缺铁应答反应。研究团队进一步鉴定得到苹果砧穗间CAX3基因通过长距离运输到根部进而调节铁锌平衡。在苹果缺铁后叶片内CAX3 mRNA通过韧皮部部不断下运至根部，CAX3 mRNA被翻译成蛋白，并通过与CAX3分子伴侣CXIP1结合进而激活其转运活性，将锌离子泵入液泡进行区隔化排毒，同时促使质膜HA向质外体泵出质子促使根际酸化，通过这样一个高效的循环来促进铁的吸收及调节铁和锌稳态。然而在铁低效型砧木中因缺少CAX3的分子伴侣CXIP1而导致无法激活该循环。

以上结果揭示了长距离移动CAX3 mRNA对缺铁胁迫下苹果铁和锌稳态调控的分子机制,同时为地上部到根长距离运输的mRNA信号对植物整株水平上的营养元素稳态的调控提供了新的思路。

该研究得到了北京科技创新服务能力建设-高精尖学科、111引智平台、中国农业大学2115人才工程等支持。