سیتریک اسید و کمبود آهن

طی سالهای گذشته، اطلاعات گسترده ای در مورد تأثیر متقابل بین تغذیه S و Fe در سطح فیزیولوژیکی و مولکولی در چندین گونه گیاهی جمع آوری شده است، اما مکانیسم های تنظیم و علامت دهی S و Fe به طور کامل درک نشده است. Fe و S برای ایجاد خوشه های Fe -S در تعامل هستند و میتوکندری یکی از محفظه های سلولی است که در آن مونتاژ خوشه Fe -S انجام می شود. بنابراین، می توان انتظار داشت که میتوکندری ها نقش اصلی را در تنظیم برهمکنش Fe و S ایفا کنند.

تغییر ناشی از کمبود آهن در سنتز اسیدهای کربوکسیلیک مشتق از میتوکندری، مانند اسید سیتریک، و شواهدی که نشان می دهد چنین مولکولهایی قبلاً به عنوان عوامل مهم سیگنالینگ متابولیت در چندین موجود شناخته شده اند، این فرضیه را بیشتر پشتیبانی می کند.

نتایج ما به دانش موجود در مورد پیچیدگی تعامل S/Fe کمک می کند و مدلی را پیشنهاد می کند که در آن تغییر درون زا محتوای اسید سیتریک در بافتهای گیاهی می تواند به عنوان مولکول سیگنال برای تنظیم برخی از ژنهای دارای کد هسته ای و پاسخگو به مواد مغذی عمل کند و همچنین مبنایی را برای مطالعه بیشتر مکانیسم اصلی سنجش و علامت دهی S و Fe فراهم می کند.

اختلالات میتوکندری در کمبود آهن _ آیا اسید سیتریک در تنظیم واکنش های سازگار است؟

مطالعات اخیر ارتباط تنگاتنگی بین گوگرد (S) و آهن (Fe) در گیاهان گوجه فرنگی (استراتژی I) را در دو سطح فیزیولوژیکی و مولکولی نشان داده است، اگرچه مکانیسم های هموستازی این دو عنصر هنوز ناشناخته است. با این حال، این جنبه نه تنها در رابطه با وقوع اخیر کمبود S و در دسترس بودن محدود Fe در خاکها اهمیت زیادی دارد، بلکه به این دلیل است که در بسیاری از مناطق کمبود S و Fe به طور همزمان رخ می دهد.

اهمیت گوگرد در بهبود توانایی گیاهان برای مقابله با کمبود آهن به خوبی مستند شده است. نشان داده شده است که محرومیت گوگرد باعث کاهش قابل توجهی در غلظت آهن برگ در نتیجه تأثیر این درشت مغذی بر اجزای اصلی مکانیسم استراتژی I می شود.

به طور خاص، در گیاهانی که با کمبود شدید S مواجه شده اند، هیچ القایی از فعالیت آهن (III)-شلات ردوکتاز (و همچنین بیان ژن مربوطه، LeFRO1) و تولید اتیلن مشاهده نشد. به طور متفاوتی، میزان القای میزان جذب Fe2+ و بیان بیش از حد LeIRT1، که به خوبی در کمبود آهن نشان داده شد، در زمینه کمبود S محدودتر بود.

خلاصه خواص سیتریک اسید

در اکثر خاکهای کشاورزی کم پیش می‌آید که گیاهان در معرض یک اختلال تغذیه ای واحد قرار بگیرند، در حالی که تنش های تغذیه ای متعدد و ترکیبی بیشتر رخ می دهد. با وجود این، تا کنون اکثر مطالعات به طور عمده اثرات کمبود مواد مغذی بر گیاهان را مشخص کرده اند.

کمبود ترکیبی S/Fe به تازگی مورد مطالعه قرار گرفته است و نشان داده شده است که واکنش گیاهانی که دچار کمبود مضاعف می شوند متفاوت از آنهایی است که هنگام کمبود یک عنصر واحد در آن زمان، در هر دو سطح مولکولی و متابولیکی فعال می شود.

به همین دلایل، تحقیقات متمرکز بر شرایط کمبود مواد مغذی متعدد، که احتمالاً در مقیاس میدانی رخ می دهد، فوراً مورد نیاز است تا اطلاعات بیشتری در مورد نحوه واکنش گیاهان به این نوع تنش تغذیه ای بدست آوریم. در حقیقت، این اطلاعات برای ایجاد شیوه های زراعی که از رشد متوازن محصول و بهره وری آن اطمینان حاصل می کند، به ویژه هنگامی که زمین های حاشیه ای در نظر گرفته می شوند، محوری هستند.

نتیجه گیری

نتایج ما به دانش موجود در مورد پیچیدگی تعامل S/Fe کمک می کند که تغییرات فعالیت های میتوکندریایی در گیاهان گوجه فرنگی را در نتیجه کمبود آهن و S و یک ترکیب نشان می دهد. چنین وضعیت متابولیکی مختل شده میتوکندری ممکن است سیگنال های خاص و غیر اختصاصی تولید کند. بنابراین، تنظیم خاص ژنهای Fe- و S- پاسخگو ممکن است از مسیرهای سیگنالینگ یکپارچه، شامل مولکولهای خاص و غیر اختصاصی مشتق شده از میتوکندری ناشی شود.

فرضیه قانع کننده ای که از یافته های ما به دست می آید، مدلی را پیشنهاد می کند که در آن تغییر محتوای درون زا اسید سیتریک در بافتهای گیاهی ناشی از تغییر در تامین آهن و S ممکن است بخشی از چنین مسیرهای سیگنال دهی یکپارچه برای تنظیم برخی از ژنهای کد شده هسته ای باشد. اگرچه یک مسیر سیگنال دهی با واسطه اسید سیتریک مشخص نشده است، اما این کار زمینه ای برای مطالعه بیشتر مکانیسم اصلی سنجش و علامت دهی S و Fe فراهم می کند.