Current understanding of plant zinc homeostasis regulation mechanisms

Resumo

A natureza essencial do Zn e a deficiência generalizada de Zn em plantas sob condições de campo fundamentam o grande interesse dos pesquisadores na regulação da homeostase de Zn em plantas. Aqui, o conhecimento atual da regulação da homeostase de Zn em plantas, principalmente em A. thaliana, é revisado. O maquinário de homeostase de Zn em plantas é regulado amplamente em nível transcricional. A regulação local em resposta a mudanças no status de Zn celular é baseada nos fatores de transcrição bZIP19 e bZIP23, que detectam mudanças nas concentrações de Zn²⁺ livre na célula. No entanto, provavelmente existem outras maneiras não identificadas de detectar concentrações de Zn²⁺ livre celular, além dos já conhecidos fatores bZIP19 e bZIP23. Nos últimos anos, a existência de um sinal sistêmico de deficiência de Zn derivado da parte aérea, que está envolvido na regulação positiva do transporte de Zn das raízes para a parte aérea, foi demonstrada. Além disso, as taxas de degradação de mRNA de genes de homeostase de Zn são provavelmente reguladas por mudanças no status de Zn celular. Além da regulação do transporte de Zn, existem outros mecanismos para a regulação da homeostase de Zn em plantas. Mecanismos de “poupança de Zn” podem estar envolvidos na diminuição das necessidades de Zn das plantas sob deficiência de Zn. Além disso, a autofagia é provavelmente regulada pelo status local de Zn e está envolvida na reutilização de Zn em nível celular. Questões atuais relacionadas ao estudo da regulação da homeostase de Zn são discutidas.

Abstract

The essential nature of Zn and widespread Zn deficiency in plants under field conditions underlie the great interest of researchers in the regulation of plant Zn homeostasis. Here, the current knowledge of plant Zn homeostasis regulation, mainly in A. thaliana, is reviewed. The plant Zn homeostasis machinery is regulated largely at the transcriptional level. Local regulation in response to changes in cellular Zn status is based on the transcription factors bZIP19 and bZIP23, which sense changes in free Zn2+ concentrations in the cell. However, there are likely other unidentified ways to sense cellular free Zn2+ concentrations in addition to the well-known bZIP19 and bZIP23 factors. In recent years, the existence of a shoot-derived systemic Zn deficiency signal, which is involved in the upregulation of Zn transport from roots to shoots, was demonstrated. Additionally, rates of mRNA degradation of Zn homeostasis genes are likely regulated by changes in cellular Zn status. In addition to the regulation of Zn transport, other mechanisms for the regulation of plant Zn homeostasis exist. “Zn sparing” mechanisms could be involved in the decrease in plant Zn requirements under Zn deficiency. Additionally, autophagy is probably regulated by local Zn status and involved in Zn reutilization at the cellular level. Current issues related to studying Zn homeostasis regulation are discussed.