Abstract
Background: Nitrogen is a principal limiting nutrient in plant growth and development. Among factors that may limit NO3 - assimilation, Fe potentially plays a crucial role being a metal cofactor of enzymes of the reductive assimilatory pathway. Very few information is available about the changes of nitrogen metabolism occurring under Fe deficiency in Strategy I plants. The aim of this work was to study how cucumber (Cucumis sativus L.) plants modify their nitrogen metabolism when grown under iron deficiency
Results: The activity of enzymes involved in the reductive assimilation of nitrate and the reactions that produce the substrates for the ammonium assimilation both at root and at leaf levels in Fe-deficient cucumber plants were investigated. Under Fe deficiency, only nitrate reductase (EC 1.7.1.1) activity decreased both at the root and leaf level, whilst for glutamine synthetase (EC 6.3.1.2) and glutamate synthase (EC 1.4.1.14) an increase was found. Accordingly, the transcript analysis for these enzymes showed the same behaviour except for root nitrate reductase which increased. Furthermore, it was found that amino acid concentration greatly decreased in Fe-deficient roots, whilst it increased in the corresponding leaves. Moreover, amino acids increased in the xylem sap of Fe-deficient plants
Conclusions: The data obtained in this work provided new insights on the responses of plants to Fe deficiency, suggesting that this nutritional disorder differentially affected N metabolism in root and in leaf. Indeed under Fe deficiency, roots respond more efficiently, sustaining the whole plant by furnishing metabolites (i.e. aa, organic acids) to the leaves
چکیده
سابقه و هدف تحقیق: ازت جزو مواد مغذی اصلی و محدودکنندهی رشد و نمو گیاه است. در میان عوامل مختلفی که ممکن است محدودکننده جذب NO3 باشند، آهن بهطور بالقوه نقش حیاتی بهعنوان کوفاکتور فلزی آنزیمهای مسیر آسیمیله (جذب) تقلیلی را ایفا میکند. اطلاعات بسیار کمی در مورد تغییرات متابولیسم نیتروژن رخداده تحت تأثیر کمبود آهن در گیاهان در دسترس است. هدف از این کار مطالعه و بررسی چگونگی تغییر متابولیسم نیتروژن گیاهان تیره کدوئیان (خیار Cucumis sativus L.) هنگامیکه تحت کمبود آهن رشد میکنند، میباشد.
نتایج: فعالیت آنزیمهای درگیر در جذب تقلیلی نیترات و واکنشهای که تولید سوبسترا برای جذب آمونیوم میکنند، در هر دو بافت ریشه و در سطوح برگ در گیاهان خیار قرارگرفته تحت کمبود آهن موردبررسی قرار گرفت. تحت کمبود آهن، تنها فعالیت نیترات ردوکتاز (EC 1.7.1.1) در هر دو سطح ریشه و برگ کاهشیافته این در حالی است که برای گلوتامین سنتتاز (EC 6.3.1.2) و گلوتامات سنتاز (EC 1.4.1.14) فعالیت افزایش پیداکرده است. بر این اساس، تجزیهوتحلیل رونوشتهای این آنزیمها (mRNAهای آنزیمها)، همان رفتار بهجز برای نیترات ردوکتاز ریشه افزایش نشان داده است. علاوه بر این، مشخص شد که غلظت اسیدآمینه تا حد زیادی در ریشههایی که دچار کمبود آهن هستند کاهشیافته است، درحالیکه مقدار آن در برگ گیاه مربوطه افزایشیافته است. علاوه بر این، اسیدهای آمینه در شیره آوند چوبی گیاهان تحت کمبود آهن افزایشیافته است.
نتیجهگیری: اطلاعات بهدستآمده در این کار دیدگاههای جدید در پاسخ از گیاهان به کمبود آهن فراهم آورده و نشان میدهد که این کمبود مواد مغذی، تأثیر متفاوتی در سوختوساز N در ریشه و برگ میگذارند. درواقع تحت کمبود آهن، ریشه پاسخ مؤثرتری برای پایداری کل گیاه از طریق آرایش مکان متابولیت های (بهعنوانمثال AA، اسیدهای آلی) به برگ میدهد.