鉄過剰に極端に強いPaspalum urvillei(タチスズメノヒエ)は多様な戦略で鉄の毒性に対処している

Date: 2018-08-13 (Mon)

鉄過剰に極端に強いPaspalum urvillei(タチスズメノヒエ)は多様な戦略で鉄の毒性に対処している

Paspalum urvillei, an iron-hypertolerant plant with multiple strategies to cope with iron toxicity

Ollveira de Araujo, Isaure P-P, Trucera N, Alcon C, Campos da Silva L, Curie C, Mari,S

ISINIP postaer presentation 2018 in Taiwan

Paspalum urvillei(タチスズメノヒエ)はブラジルの鉄精錬工業の沈殿池周辺に生育する沼沢性植物の中でも、最も鉄過剰に強い種である。この種は極端に高い鉄含有土壌に適応している。この鉄過剰耐性という特性を解明するために、寝の周辺に形成される iron plaque(IP) に着目して、その成分組成と根からの鉄吸収に及ぼす影響を調べた。手法としてFeの染色にPerls-diaminobenzidineを使用し、IPと根の化合物の元素分布の可視化に蛍光X線法(μXRF)を、またIP中のFe化合物の形態を同定するために X-ray Absorption Nuclear Edge Structure Spectroscopy(μXANES)を用いた。IPにFeが根よりも優先的に保持されているということはIPがFe吸収のバリアーになって根による過剰収を回避していることを示唆している。μXRF分析によれば、Fe過剰処理IPにはP, Ca, Si, Sが含まれていた。またμXANES分析ではIPのFeの形態はFe(III)oxyhydroxide(ferrihydride)と未知の二価鉄化合形態であった。根や葉の中では、高濃度の鉄は細胞壁、液胞、クロロプラストに局在し、多くはフェリチン様と思われた。これらの貯蔵部位以外に、鉄は核や仁にも見られた。これらの結果からPaspalum urvilleiは鉄過剰に対して多様な戦略を行使して対抗していることがわかった。

Paspalum urvillei, an iron-hypertolerant plant with multiple strategies to cope with iron toxicity
Talita Oliveira de Araujoa,, Marie-Pierre IsaureB, Nicolas Trcerad, Carine Alconc, Luzimar Campos da
Silva, Catherine Curie, Stéphane Maric
Universidade Federal de Viçosa, Viçosa 36570-900, Brazil
Université de Pau et des Pays de l’Adour, Institut des Sciences Analytiques et Physico-Chimique pour
l’Environnement et les Matériaux, Centre National de la Recherche Scientifique (UMR5254), F-64063, Pau Cedex, France
Institut National pour le Recherche Agronomique, Laboratoire de Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, INRA/SupAgro, F-34060, Montpellier, France
Synchrotron SOLEIL, l’Orme des Merisiers Saint Aubin BP48, 91192 Gif-sur-Yvette cedex, France
Paspalum urvillei is an iron (Fe) hyper-tolerant plant species, identified among the paludal vegetation growing around the decantation ponds of iron pelletizing industries in Brazil. This species is adapted to tolerate extremely high amounts of Fe in soils. The aim of our work was therefore to identify the Fe tolerance mechanisms at play in this particular species. In particular, we have focused on the iron plaque (IP) composition and its influence on Fe absorption in roots. To this aim, we combined three complementary approaches: Perlsdiaminobenzidine for Fe histochemistry and micro X-ray fluorescence (μXRF) to visualize the chemical elemental distribution in IP and roots, and micro X-ray Absorption Near Edge Structure spectroscopy (μXANES) to identify the chemical form of Fe accumulated in IP. The retention of Fe in IP represents here an avoidance mechanism where IP acts as a barrier to Fe absorption, since Fe preferentially accumulated in IP, rather than inside root tissues. The μXRF analyses showed the presence of phosphorus, calcium, silicon and sulfur on IP of plants treated with Fe excess. Moreover, μXANES identified Fe(III) oxyhydroxide (ferrihydrite) and a ferrous species of unknown origin as the main Fe forms of IP. Once within root and leaf tissues, high concentrations of Fe were localized in the cell walls, vacuoles and in the chloroplasts, most likely associated to ferritins.
Besides these expected storage sites, Fe was also visualized in the nucleus and nucleolus. Taken together, our data suggest that Paspalum urvillei is an iron-hypertolerant, and possibly hyperaccumulator, plant that displays multiple strategies to cope with iron toxicity.

Keywords: Paspalum urvillei, resistance mechanism; Perls-DAB method; micro X-ray fluorescence;
μXANES, iron plaque, vacuole, chloroplast