WINEP

-植物鉄栄養研究会-


NPO法人
19生都営法特第463号
転載希望時は連絡先まで

OPT3の機能喪失は、アラビドプシスの師管の銅レベルを低下させ、銅と鉄のホメオスタシスとシュートから根へのシグナル伝達の間のクロストークを障害する

Date: 2023-04-20 (Thu)

以下の論文は29頁にもわたる、アメリカ学派の 大変な力作なのでとても全図表を紹介しきれない。そのために第12図(モデル図)のみをを解体して3枚にして紹介した。


OPT3の機能喪失は、アラビドプシスの師管の銅レベルを低下させ、銅と鉄のホメオスタシスとシュートから根へのシグナル伝達の間のクロストークを障害する。

Loss of OPT3 function decreases phloem copper levels and impairs crosstalk between copper and iron homeostasis and shoot-to-root signaling in Arabidopsis thaliana


Ju-Chen Chia, Jiapei Yan,Maryam Rahmati Ishka,, Marta Marie Faulkner, Eli Simons, Rong Huang,Louisa Smieska, Arthur Woll, Ryan Tappero,Andrew Kiss, Chen Jiao, Zhangjun Fei, Leon V. Kochian, Elsbeth Walker, Miguel Pineros and Olena K. Vatamaniuk

THE PLANT CELL 2023: 1–29
https://doi.org/10.1093/plcell/koad053

(要約)
銅(Cu)と鉄(Fe)は必須微量栄養素であり、細胞内に過剰に蓄積されると毒性を発揮する。
そのため の根への取り込みは厳密に制御されている。
植物は局所的な銅の利用可能性を感知して反応するが、銅の取り込みの全身的な制御はまだ行われていない。は、局所的および全身的な鉄の取り込みの制御とは対照的に、記録されている。
葉茎におけるFeの存在量は、以下のように示唆されている。
が全身に作用し、根の鉄分取り込み遺伝子の発現を制御している。一貫して、シュートから根への鉄のシグナル伝達が阻害されている。
フィロエム・コンパニオンセルに局在する鉄輸送体OLIGOPEPTIDE TRANSPORTER 3を欠損するシロイヌナズナ変異体
(AtOPT3)である。我々は、AtOPT3が異種システムにおいてもCuを輸送し、Cuの供給元から供給先への輸送に寄与していることを報告した。
を植物体内で沈める。opt3変異体は、葉茎に含まれる銅の量が少なく、銅の欠乏に敏感であり、転写的な
根と若葉におけるCu欠乏反応。opt3変異体およびCu-またはFe-欠乏野生型苗にCu
葉の葉茎を介した銅や鉄の供給は、根の銅や鉄の欠乏マーカー遺伝子の発現を低下させた。これらのデータ
は、シュートから根へのCuシグナリングの存在を示唆し、Cu/Fe相互作用の複雑さを強調し、AtOPT3の役割を明らかにしました。
植物の銅と鉄の必要性に応じて根の転写反応を微調整する。


(図12) モデル図.
OPT3による師部伴細胞へのCuおよびFe輸送は、地上部から根部へのシグナリングにおけるFe-Cuクロストークを媒介する。
A) OPT3は、根を含むシンク(sink)器官への分配のために、FeおよびCuを師部伴細胞にロードする。師部可動性のFeおよび/またはCuは、直接抑制因子として作用するか、または師部伴細胞内で促進信号を捕捉または阻害することにより間接的に、FeおよびCu取り込み系の発現を抑制する。
B) 外部培地でのFe欠乏は、根と葉でのCu蓄積を刺激する。この状況下では、OPT3は主に地上部で師部にCuをロードする。師部中のFe濃度が低下し、これが根でのFe取り込み系の発現を上昇させる。OPT3によって提供される師部中のCu可用性は、opt3変異体で観察されるFe過剰負荷を回避するために、Fe輸送遺伝子の発現を微調整する。Cuが直接的または間接的に(師部伴細胞内で促進信号を捕捉または阻害することにより)CuおよびFe取り込み系の発現を抑制する役割も考えられる。
同様のシナリオはCu欠乏下でも起こり、OPT3は主にFeを負荷してCu取り込み遺伝子の発現を微調整するC)。
外部培地におけるFeとCuの同時欠乏では、両元素が師管で利用しにくくなるため、CuとFeの両者の取り込み遺伝子の発現が自律的に上昇するD)。
opt3変異体では、シナリオが異なるE):外部培地でFeとCuが利用可能であっても、opt3変異体は師部で同時にFeとCuの欠乏を経験する。師部中のFe蓄積が低下すると、根での転写型Fe欠乏反応が刺激され、opt3変異体の根でのFe取り込み系の上昇調節を抑制すべきであった局所的なFe十分(媒体中のFe十分および根中の高いFe蓄積)を無効にする。外部培地でFeが利用可能であるため、opt3変異体の根にFeが蓄積する。師部、根、および葉でのCu欠乏も、Fe蓄積と転写型Cu欠乏反応につながる。両方の経路からの増加したFe蓄積は、さらにCu取り込みを減少させ、Fe-Cuクロストークを変化させる。


photo
A

photo
B,C,D

photo
E