Functional dissection and transport mechanism of magnesium in plants

Resumo

O magnésio (Mg) é o segundo cátion mais abundante nas plantas e, como tal, está envolvido em inúmeros processos fisiológicos e bioquímicos, incluindo fotossíntese, ativação enzimática e síntese de ácidos nucleicos e proteínas. Devido ao seu raio iônico relativamente pequeno e ao seu grande raio hidratado, o Mg se liga fracamente ao solo e às superfícies radiculares e, portanto, é facilmente lixiviado do solo. A deficiência de Mg não afeta apenas a produtividade e a qualidade das culturas, mas também contribui para inúmeras doenças humanas crônicas. Portanto, a nutrição com Mg em plantas é uma questão importante para a nutrição e a segurança alimentar. Para adquirir e manter altas concentrações de Mg, as plantas evoluíram sistemas altamente eficientes para a absorção, armazenamento e translocação de Mg. Avanços na compreensão dos princípios fundamentais da nutrição e fisiologia do Mg são necessários para melhorar o manejo de nutrientes de Mg, o diagnóstico de estresse por Mg e os esforços de melhoramento assistido por marcadores genéticos. Os objetivos desta revisão são destacar os mecanismos fisiológicos e moleculares subjacentes às funções biológicas do Mg e resumir os desenvolvimentos recentes na elucidação dos sistemas de transporte de Mg em plantas.

Abstract

Magnesium (Mg) is the second most abundant cation in plants, and, as such, is involved in numerous physiological and biochemical processes, including photosynthesis, enzyme activation, and synthesis of nucleic acids and proteins. Due to its relatively small ionic radius and large hydrated radius, Mg binds weakly to soil and root surfaces, and thereby is easily leached from soil. Mg deficiency not only affects crop productivity and quality, but also contributes to numerous chronic human diseases. Therefore, Mg nutrition in plants is an important issue in nutrition and food security. To acquire and maintain high concentrations of Mg, plants have evolved highly-efficient systems for Mg uptake, storage and translocation. Advances in the understanding of fundamental principles of Mg nutrition and physiology are required in order to improve Mg nutrient management, Mg stress diagnosis, and genetic marker assisted breeding efforts. The aims of this review are to highlight physiological and molecular mechanisms underlying Mg biological functions and to summarize recent developments in the elucidation of Mg transport systems in plants.