Integration of P, S, Fe, and Zn nutrition signals in Arabidopsis thaliana: potential involvement of PHOSPHATE STARVATION RESPONSE 1 (PHR1)

Resumo

O fosfato e o sulfato são macro-elementos essenciais para o crescimento e desenvolvimento das plantas, e deficiências nesses elementos minerais alteram muitas funções metabólicas. As restrições nutricionais não se restringem aos macro-elementos. Metais essenciais como zinco e ferro têm sua homeostase estritamente controlada geneticamente, e a deficiência ou excesso desses micro-elementos pode gerar grandes distúrbios fisiológicos, também impactando o crescimento e desenvolvimento das plantas. Sabe-se que o fosfato e o sulfato, por um lado, e o zinco e o ferro, por outro, interagem. Essas interações foram parcialmente descritas em níveis molecular e fisiológico e são aqui revisadas. Além disso, os dois macro-elementos fosfato e sulfato não apenas interagem entre si, mas também influenciam a nutrição de zinco e ferro. Esses diálogos nutricionais intrincados são apresentados. As respostas das plantas a deficiências de fósforo, enxofre, zinco ou ferro foram amplamente estudadas considerando cada elemento separadamente, e alguns atores moleculares dessas regulações foram caracterizados em detalhe. Embora alguns relatos escassos tenham começado a examinar a interação desses elementos minerais dois a dois, uma análise mais complexa das interações e diálogos entre as vias de sinalização que integram a homeostase desses vários elementos ainda é necessária. No entanto, um fator de transcrição do tipo MYB, PHOSPHATE STARVATION RESPONSE 1, emerge como um regulador comum da homeostase de fosfato, sulfato, zinco e ferro, e seu papel como um potencial integrador geral para o controle da nutrição mineral é discutido.

Abstract

Phosphate and sulfate are essential macro-elements for plant growth and development, and deficiencies in these mineral elements alter many metabolic functions. Nutritional constraints are not restricted to macro-elements. Essential metals such as zinc and iron have their homeostasis strictly genetically controlled, and deficiency or excess of these micro-elements can generate major physiological disorders, also impacting plant growth and development. Phosphate and sulfate on one hand, and zinc and iron on the other hand, are known to interact. These interactions have been partly described at the molecular and physiological levels, and are reviewed here. Furthermore the two macro-elements phosphate and sulfate not only interact between themselves but also influence zinc and iron nutrition. These intricated nutritional cross-talks are presented. The responses of plants to phosphorus, sulfur, zinc, or iron deficiencies have been widely studied considering each element separately, and some molecular actors of these regulations have been characterized in detail. Although some scarce reports have started to examine the interaction of these mineral elements two by two, a more complex analysis of the interactions and cross-talks between the signaling pathways integrating the homeostasis of these various elements is still lacking. However, a MYB-like transcription factor, PHOSPHATE STARVATION RESPONSE 1, emerges as a common regulator of phosphate, sulfate, zinc, and iron homeostasis, and its role as a potential general integrator for the control of mineral nutrition is discussed.