Identification of miRNAs Responsive to a Defined Period of Iron Deficiency and Resupply in Arabidopsis thaliana

缺铁 黄化 拟南芥 缺锌(植物性疾病) 平衡 铁稳态 拟南芥 微量营养素 小RNA 生物 转录组 微量营养素缺乏 细胞生物学 叶绿素 光合作用 锌指 表型 下调和上调 植物生理学 铜缺乏 叶绿素荧光 营养缺乏 生物化学 缺磷 句号(音乐) 转录因子 突变体 植物 适应(眼睛) 基因表达调控 基因 遗传学 氮缺乏 化学 转录调控 活性氧 荧光
作者
Qianmiao Zhao,Fei Liu,Jin Xu,Ping Zhang
出处
期刊:Plants [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (2): 227-227
标识
DOI:10.3390/plants15020227
摘要

Iron (Fe), as one of the essential micronutrients for plants, plays a pivotal role in regulating growth and development through homeostatic balance. Fe deficiency is a common agricultural stress that causes visible leaf chlorosis and impairs plant growth. In this study, Arabidopsis thaliana seedlings grown under Fe deficiency for 4 days were subjected to 6 h Fe resupply via foliar spray or root supply, followed by measurements of chlorophyll fluorescence and metal ion contents in leaves and roots. Fe deficiency significantly reduced Fe levels and the maximum quantum yield of fluorescence (Fv/Fm), while increasing copper (Cu) accumulation in roots. Zinc (Zn) and manganese (Mn) levels were also altered, depending on tissue type. Fe resupply restored Fv/Fm, increased Mn levels, and rebalanced micronutrient content. MicroRNA (miRNA) mediates adaptation to Fe deficiency via post-transcriptional regulation in plants. However, the involved regulatory networks of miRNAs under stress conditions during Fe resupply following deficiency remain poorly understood. These physiological changes prompted us to explore the underlying regulatory networks using miRNA-seq and mRNA-seq. The bioinformatics analysis identified differentially expressed miRNAs responsive to Fe stress, with the Fe-deficiency-specific cis-element IDE1 characterized in their promoter regions. By integrating miRNA-seq and mRNA-seq datasets, we constructed a regulatory network and identified 13 miRNAs harboring IDE1 motifs alongside their functional target genes. Three critical Fe homeostasis modules were proposed—miR396b-LSU2, miR401-HEMA1, and miR169b-NF-YA2—that link Fe homeostasis to chlorophyll synthesis, sulfur (S) responses, and developmental signaling. This study integrates physiological phenotyping with transcriptomic insights to provide a comprehensive view of Fe deficiency and recovery in Arabidopsis.

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