植物自噬:平衡锌和铁的英雄

时间：2021-08-20 00:00:00 来源：网络整理

营养不平衡可能对作物健康和农业生产力产生不利影响。微量元素锌和铁在植物中被相同的“转运体”所吸收;因此，缺锌会导致铁的过量摄取。植物如何应对这种不平衡呢?

日本明治大学(Meiji University)的研究人员揭示，细胞内自我降解的过程自噬(autophagy)可能在恢复植物锌铁平衡方面发挥了意想不到的作用。

土壤中营养和矿物质的平衡对植物的最佳生长至关重要。特定营养物质的缺乏或过剩会对植物的生长和健康产生不利影响，从而影响农产品的整体质量和数量。由于工业活动造成的过量重金属污染，营养失衡变得越来越普遍。

锌是一种重要的微量元素，在许多重要的生命过程中发挥着重要作用。有趣的是，另一种必需营养素锌和铁的摄取和运输是通过一组被称为“锌和铁调节转运蛋白(ZIps)”的蛋白质来促进的。这就意味着锌铁“跷跷板”的紊乱会因此导致由它们各自的缺陷引起的症状。也就是说，如果土壤中没有足够的锌，ZIps就会增加对铁的吸收，导致活性氧化物种增加和黄化(叶子变黄)。相反，锌的过量会导致铁的摄取减少。在这种情况下，这些营养物质的细胞内平衡是如何恢复的?

日本明治大学的研究人员深入探索了锌铁平衡或“内环境平衡”的可能机制，探索了自噬(一种自我降解和循环的过程)在恢复植物细胞锌铁平衡中的潜在作用。研究发表在Trends in plant Science

通讯作者Kohki Yoshimoto博士说：“虽然大多数研究都探讨了营养物质摄取和转运的作用，但我们提出了一个新的模型，研究自噬如何分别在锌饥饿和锌过量胁迫下供应流动的锌离子和铁离子;因此，平衡细胞内的锌-铁跷跷板，以适应广泛的环境锌浓度。”

自噬以前已经被证明可以增加植物系统中锌的可用性。在拟南芥中，一个植物模型系统，“atg”突变体缺乏自噬反应，锌水平降低，并表现出严重的褪绿。此外，已知缺锌会触发自噬，为植物生长补充可移动的锌离子。然而，在自噬缺陷突变体中，这种激活受损，导致典型的缺锌症状。

过量的锌对植物也是有毒的，而自噬在这种情况下也是救世主。植物在锌过量的情况下表现出缺铁症状。自噬在锌过量的条件下被激活，从非移动形式如铁结合蛋白中补给移动铁离子。自噬可改善铁的生物利用度，抑制缺铁症状。

从自噬在锌-铁稳态中的作用出发，研究人员继续阐明了激活自噬的营养感知机制。属于基本亮氨酸拉链家族的转录因子bZIp19和bZIp23检测细胞内锌水平的变化，从而调控细胞膜上转运蛋白的表达。研究人员推测，这些蛋白质可能是调节自噬反应“开启”或“关闭”的调节器，这取决于锌的状态。在缺铁而缺锌的情况下，一个类似的机制也可能发挥作用，以恢复铁的水平。

总的来说，自噬是一种反馈机制，可以对缺锌或过量锌诱导的胁迫作出反应，从而改变植物细胞中营养物质的生物有效组分。

在总结他们的发现的长期应用时，Yoshimoto博士说，“我们的模型为植物中的金属稳态提供了一个新的视角。这有助于开发新的栽培技术和抗养分水平波动的健壮作物品种。此外，我们的发现也可以应用于人类健康，解决锌缺乏引起的症状，这是发展中国家的一个主要问题。”

自噬，以其典型的降解作用而闻名，可能会成为植物健康的英雄!

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https://youtu.be/TrHISGHQDKk

原文检索：Autophagy balances the zinc–iron seesaw caused by Zn-stress

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