The Vacuolar Manganese Transporter MTP8 Determines Tolerance to Iron Deficiency-Induced Chlorosis in Arabidopsis

本文讲的是液泡膜Mn转运蛋白MTP8，能够使拟南芥对缺铁产生耐性。

1. 引言

缺铁已经严重影响全球范围内10亿人，植物又是人类饮食习惯中主要的铁来源，然而突然中可溶性铁又是低于植物生长所需的水平，因此才导致全球如此多的人缺乏铁元素。
高等植物中，植物从土壤中获取铁元素的策略有两种：禾本科植物有一套策略，而非禾本科植物有另外一套策略。如图：

Fig. 1

拟南芥属于非禾本科植物，通过酚累物质螯合三价铁从而在FRO的作用下将三价铁还原成二价铁，从而在IRT的作用下被植物吸收。

而IRT1蛋白的调节已经有人做过相应的报道，在缺铁条件下，野生型会转录合成蛋白，并且在FIT1的作用下蛋白积累起来，相反在fit1突变体中，IRT1会降解无法做出铁响应。细胞中，IRT1的动态变化过程也被人报道过，见图：

Fig. 2 Fig. 3

此外，在缺铁的植物中，很多金属会过度积累，而Mn是其中一种，对Fe吸收有负作用。过高的Mn吸收，是诱导植物缺铁失绿的主要因素。然而，Fe-Mn拮抗作用的分子机理以及在缺铁植物中通过Mn被解毒的机制任然不清楚。而本文就是为了解决这样的问题。

2. 结果

2.1 Establishment of Growth Conditions to Screen for Defects in Fe Nutrition

为了确定实验中植物的生长条件，于是作者首先进行了条件的确定，确定培养基中的铁含量。

Fig. 4

2.2 Arabidopsis mtp8 Knockout Mutants Are Highly Susceptible to Fe Deficiency-Induced Chlorosis

表型筛选显示，拟南芥mtp8突变体对缺铁诱导的变黄特别的敏感。在缺铁和高Mn的条件下，植物特别变黄特别严重，且生物量特别少。

Fig. 5 Fig. 6

2.3 Arabidopsis MTP8 Is Localized to the Tonoplast

作者进一步为了证明其功能，进行了亚细胞定位的确定，通过拟南芥原生质体的瞬时表达实验，发现MTP8定位在液泡膜上。

Fig. 7

2.4 Arabidopsis MTP8 Complements an Mn-Sensitive Yeast Strain and Transports Mn

接着，作者通过酵母体外互补实验，证明拟南芥MTP8基因能够回复Mn敏感的酵母，进一步证明其是转运蛋白的可能。

Fig. 8

2.5 The Arabidopsis mtp8-1 Mutant Is Moderately Hypersensitive to High Mn

作者进一步证明突变体对高Mn的表型，发现对高含量的Mn超级敏感，包括根伸长收到一直。

Fig. 9 Fig. 10

2.6 Overexpression of Arabidopsis MTP8 Increases Mn Sequestration in Root Vacuoles

进一步，作者通过超表达株系，发现在能够增加地下部分液泡中Mn的含量，说明其起到了将Mn转运至液泡中的功能。

Fig. 11 Fig. 12

2.7 Arabidopsis MTP8 Is Transcriptionally Up-Regulated on High-Mn Medium in a FIT-Dependent Manner

因为之前有报道IRT是收到FIT的调控，所以作者想进一步证明MTP8是否也是FIT依赖而发挥生理功能。通过定量结果显示，确实是依赖于FIT基因。

Fig. 13 Fig. 14

2.8 The Arabidopsis MTP8 Promoter Is Active in the Outer Cell Layers of Fe-Deficient Roots

组织定位表面，基因定位在根部外皮层细胞。

Fig. 15

2.9 Iron Deficiency-Induced Chlorosis in mtp8 Knockout Mutants Is Alleviated by Decreasing Mn Concentrations

在不同浓度Mn下，突变体表型筛选显示，随着Mn浓度的增加，突变体生长抑制越来越严重，说明MTP8能够减轻Mn的毒害。

Fig. 16 Fig. 17

2.10 Arabidopsis mtp8 Mutants Are Altered in Mn and Fe Translocation

元素含量分析显示，MTP8能够改变Fe和Mn在地上和地下部分的分布。

Fig. 18

3. 讨论

Mn和Fe是一种竞争的机制，Mn会影响Fe的木质部装载，从而影响叶片铁的吸收，Mn也可能抑制缺铁相关基因转录。

此外，也有可能是FRO2的翻译后调控引起的作用，如图：

Fig. 19