Phosphate and zinc transport and signalling in plants: toward a better understanding of their homeostasis interaction

Resumo

O fosfato inorgânico (Pi) e o zinco (Zn) são dois nutrientes essenciais para o crescimento das plantas. Nos solos, esses dois minerais estão presentes em baixas quantidades ou são pouco disponíveis para as plantas. Consequentemente, a agricultura mundial tornou-se dependente de fontes externas de fertilizantes de Pi e Zn para aumentar a produtividade das culturas. No entanto, essa estratégia não é economicamente nem ecologicamente sustentável a longo prazo, particularmente para o Pi, que é um recurso não renovável. Até o momento, a pesquisa tem enfatizado a análise da nutrição mineral considerando cada nutriente individualmente, e mostrou que a homeostase de Pi e Zn é altamente regulada em um processo complexo. Curiosamente, inúmeras observações apontam para uma interconexão inesperada entre a homeostase dos dois nutrientes. No entanto, apesar de sua importância fundamental, as bases moleculares e o significado biológico dessas interações permanecem amplamente desconhecidos. Tais interconexões podem explicar as deficiências dos modelos agronômicos atuais que normalmente se concentram em melhorar a assimilação de elementos individuais. Aqui, o conhecimento atual sobre a regulação do transporte e da sinalização de Pi e Zn individualmente é revisado, e então são fornecidos insights sobre os progressos recentes em direção a uma melhor compreensão da interação da homeostase Zn-Pi em plantas.

Abstract

Inorganic phosphate (Pi) and zinc (Zn) are two essential nutrients for plant growth. In soils, these two minerals are either present in low amounts or are poorly available to plants. Consequently, worldwide agriculture has become dependent on external sources of Pi and Zn fertilizers to increase crop yields. However, this strategy is neither economically nor ecologically sustainable in the long term, particularly for Pi, which is a non-renewable resource. To date, research has emphasized the analysis of mineral nutrition considering each nutrient individually, and showed that Pi and Zn homeostasis is highly regulated in a complex process. Interestingly, numerous observations point to an unexpected interconnection between the homeostasis of the two nutrients. Nevertheless, despite their fundamental importance, the molecular bases and biological significance of these interactions remain largely unknown. Such interconnections can account for shortcomings of current agronomic models that typically focus on improving the assimilation of individual elements. Here, current knowledge on the regulation of the transport and signalling of Pi and Zn individually is reviewed, and then insights are provided on the recent progress made towards a better understanding of the Zn–Pi homeostasis interaction in plants.