研究揭示植物根部质外体 Fe 再利用机制

铁（Fe）是植物必需的矿质营养元素, 在光合作用等诸多生理代谢过程中发挥着重要的作用，但是由于其在土壤中的生物有效性低下，导致植物缺 Fe 现象比较普遍。植物根系质外体空间被认为是植物重要的 Fe 贮存库，快速、有效地利用根系的质外体 Fe 是植物耐受缺 Fe 生境的重要机制。但是质外体铁到底如何被利用知之甚少。

近日，Molecular Plant 在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心龚继明研究组的研究论文。该论文揭示 Cdi 基因介导的细胞壁合成在植物根部质外体 Fe 再利用机制中扮演重要角色。

前期研究表明，Cdi 基因纯合突变导致雄配子不育而致死，因此该研究首先构建了 Cdi 基因的花粉特异互补的纯合突变体，并观察到突变体根部变短，细胞膨大，细胞壁发育畸形等表型。由于该表型与细胞壁果胶组分中鼠李半乳糖醛酸聚糖 - II（RG-II）合成受阻的突变体 mgp4 非常类似，研究人员推测 Cdi 可能也参与 RG-II 合成相关的生物学过程。

进一步研究发现 Cdi 突变体根部细胞壁中的 RG-II 二聚化受到抑制，且其 A 链缺少了一个半乳糖残基。随后通过体外纯化 Cdi 蛋白及一系列酶活实验确定 Cdi 通过将 GDP-L - 半乳糖转移至 RG-II A 链末端从而调控 RG-II 二聚化的生物学过程。

有趣的是，Cdi 基因的表达特异性受缺 Fe 诱导，而且缺 Fe 处理后的 Cdi 突变体比野生型更易出现叶片萎黄等缺铁症状。缺 Fe 情况下，野生型根部的 Fe 大量向地上部转移，而突变体根部的 Fe 转移则严重受阻。进一步研究发现 Cdi 突变使细胞壁对 Fe 的吸附能力增强，导致根部质外体 Fe 的再利用受到抑制，从而降低 Fe 从根部向地上部的转运。

该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，表明根部质外体 Fe 库的有效利用受到植物主动严密调控，而 Cdi 介导的果胶合成对于此生物学过程的调控至关重要。

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