铁、磷通过叶绿体逆行信号调节光合作用的机制

叶绿体是植物进行光合作用的重要场所，因此叶绿体的组成及功能是决定植物正常生长发育的关键因子。铁是影响叶绿体功能的重要营养元素，研究表明，叶片中80%的铁位于叶绿体中，并参与构成电子传递复合体 PSI/PSII、细胞色素b6f复合体以及铁氧还蛋白等并在电子传递过程中发挥重要作用 【1】 。因此，缺铁 （-Fe） 通常会导致植物出现失绿以及光合速率降低的症状 【2】 。然而，即使铁元素充足，高磷 （+P） 营养也会导致叶片失绿，并且最近在水稻中的一项研究发现当同时缺铁和磷 （-Fe-P） 时，植物并未出现失绿症状 【3,4】 。上述研究结果表明养分有效性，尤其是铁磷有效性的相互关系会影响叶绿体功能和光合作用，这对传统的关于铁依赖性叶绿素积累的认知提出了质疑，对这一现象的进一步探索对叶绿体光合作用的调控认知至关重要。

近日，美国Carnegie Institution for Science的Seung Y. Rhee及其合作者在Nature Communications上发表了题为Interdependent iron and phosphorus availability controls photosynthesis through retrograde signaling的研究论文，该研究基于转录组学和全基因组关联研究 (GWAS) ，鉴定了铁磷有效性调控叶绿素积累和光合能力的关键基因和调控模块，并揭示了一种基于叶绿体逆行信号调节的光合作用养分适应性机制。