Magnesium transport and function in plants: the tip of the iceberg

Resumo

A manutenção da homeostase de Mg2+ na planta é essencial para a viabilidade. Esta revisão descreve as funções e o equilíbrio de Mg2+ nas plantas, com foco especial no conhecimento existente sobre os mecanismos de transporte envolvidos. O Mg2+ é essencial para a função de muitas enzimas celulares e para a agregação de ribossomos. As concentrações de Mg2+ também modulam correntes iônicas através dos cloroplastos e das membranas vacuolares, podendo assim regular o equilíbrio iônico na célula e a abertura estomática. A importância da homeostase de Mg2+ foi particularmente estabelecida em relação ao papel do Mg2+ na fotossíntese. O Mg2+ é o átomo central da molécula de clorofila, e as flutuações em seus níveis nos cloroplastos regulam a atividade de enzimas fotossintéticas chave. Relativamente pouco se sabe sobre as proteínas que mediam a absorção e o transporte de Mg2+ nas plantas. O vacúolo da planta parece desempenhar um papel fundamental na homeostase de Mg2+ nas células vegetais. Evidências fisiológicas e moleculares indicam que a entrada de Mg2+ no vacúolo, é mediada por trocadores de Mg2+/H+. O trocador vacuolar de Mg2+/H+ de Arabidopsis, AtMHX, é altamente transcrito no tecido vascular, aparentemente mais abundantemente no parênquima do que no xilema. A inclusão de íons de Mg2+ nos vacúolos deste tecido pode determinar sua distribuição entre os vários órgãos da planta. Os impactos do desequilíbrio de Mg2+ são descritos com respeito tanto à fisiologia da planta quanto ao seu valor nutricional para animais e humanos.

Abstract

The maintenance of Mg²⁺ homeostasis in the plant is essential for viability. This review describes Mg²⁺ functions and balancing in plants, with special focus on the existing knowledge of the involved transport mechanisms. Mg²⁺ is essential for the function of many cellular enzymes and for the aggregation of ribosomes. Mg²⁺ concentrations also modulate ionic currents across the chloroplast and the vacuolar membranes, and might thus regulate ion balance in the cell and stomatal opening. The significance of Mg²⁺ homeostasis has been particularly established with regard to Mg²⁺‘s role in photosynthesis. Mg²⁺ is the central atom of the chlorophyll molecule, and fluctuations in its levels in the chloroplast regulate the activity of key photosynthetic enzymes. Relatively little is known of the proteins mediating Mg²⁺ uptake and transport in plants. The plant vacuole seem to play a key role in Mg²⁺ homeostasis in plant cells. Physiological and molecular evidence indicate that Mg²⁺ entry to the vacuole is mediated by Mg²⁺/H⁺ exchangers. The Arabidopsis vacuolar Mg²⁺/H⁺ exchanger, AtMHX, is highly transcribed at the vascular tissue, apparently most abundantly at the xylem parenchyma. Inclusion of Mg²⁺ ions into the vacuoles of this tissue may determine their partitioning between the various plant organs. Impacts of Mg²⁺ imbalance are described with respect for both plant physiology and for its nutritional value to animal and human.