Nickel hyperaccumulation mechanisms: a review on the current state of knowledge

Resumo

Contexto

Plantas hiperacumuladoras são plantas incomuns que acumulam metais ou metaloides específicos, como níquel, zinco, cádmio e arsênio, em seus tecidos vivos em concentrações centenas a milhares de vezes maiores do que o normal para a maioria das plantas. O fenômeno da hiperacumulação é raro (exibido por menos de 0,2% de todas as angiospermas), com a maioria das cerca de 500 espécies hiperacumuladoras conhecidas globalmente para o níquel.

Objetivo

Esta revisão destaca a compreensão contemporânea dos processos de hiperacumulação de níquel, que incluem a absorção e o sequestro radicular, o carregamento e transporte no xilema, a compartimentação foliar e os processos de translocação no floema.

Conclusões

As plantas hiperacumuladoras evoluíram mecanismos fisiológicos altamente eficientes para absorver níquel em suas raízes, seguido por rápida translocação e sequestro na parte aérea. A absorção de níquel envolve principalmente sistemas de transporte de baixa afinidade, presumivelmente da família ZIP. A presença de altas concentrações de histidina impede o sequestro de níquel nas raízes. O níquel é eficientemente carregado no xilema, onde se apresenta principalmente como Ni²⁺. A folha é o principal órgão de armazenamento, que sequestra o níquel em locais não ativos, por exemplo, vacúolos e apoplasto. Estudos recentes mostram que o floema transloca altos níveis de níquel, o que tem um forte impacto no acúmulo de níquel em tecidos jovens em crescimento.

Abstract

Background
Hyperaccumulator plants are unusual plants that accumulate particular metals or metalloids, such as nickel, zinc, cadmium and arsenic, in their living tissues to concentrations that are hundreds to thousands of times greater than what is normal for most plants. The hyperaccumulation phenomenon is rare (exhibited by less than 0.2% of all angiosperms), with most of the ~500 hyperaccumulator species known globally for nickel.
Scope
This review highlights the contemporary understanding of nickel hyperaccumulation processes, which include root uptake and sequestration, xylem loading and transport, leaf compartmentation and phloem translocation processes.
Conclusions
Hyperaccumulator plants have evolved highly efficient physiological mechanisms for taking up nickel in their roots followed by rapid translocation and sequestration into the aerial shoots. The uptake of nickel is mainly involved with low affinity transport systems, presumably from the ZIP family. The presence of high concentrations of histidine prevents nickel sequestration in roots. Nickel is efficiently loaded into the xylem, where it mainly presents as Ni2+. The leaf is the main storage organ, which sequestrates nickel in non-active sites, e.g. vacuoles and apoplast. Recent studies show that phloem translocates high levels of nickel, which has a strong impact on nickel accumulation in young growing tissues.