Molecular Evolution and Mechanisms of Plants NRAMP Transporters in Response to Heavy Metal Stress

基因复制 基因 化学 生物化学 生物 运输机 分子进化 细胞生物学 基因表达 串联重复 转运蛋白 金属 铁稳态 平衡 基因表达调控 氨基酸 遗传学 植物细胞 膜蛋白 基因家族 肽序列 保守序列 功能(生物学)
作者
Li Hao,J Chen,Mazarin Akami,Cabrel Bafong Ngueya,Diane Pocssie Samenoug,Haiyang Tang,Qianqian Tang,Qingfeng Zheng,Yiling Peng,Yanli Zhang,Fuhui Rong,J I A H U I Wu,Rongsen Wang,Chenchen Zhao,Xiaojian Wu,Wei Jiang
出处
期刊:Plants [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (10): 1582-1582 被引量:2
标识
DOI:10.3390/plants15101582
摘要

Heavy metals in the soil inhibit plant growth, which significantly reduce the crop yield and quality. Natural Resistance-Associated Macrophage Proteins (NRAMP) are widely distributed on the plasma and vacuolar membranes of plant roots, stems, and leaves. The NRAMP gene family plays a crucial role in modulating plant heavy-metal uptake, sequestration, distribution, and translocation, while the molecular evolution and mechanisms underlying these processes remain unclear. Here, we reviewed recent progress on plant NRAMP genes, focusing on their structural characteristics and functions in the absorption, transport, accumulation, and detoxification of various heavy metals. Furthermore, we performed an evolutionary analysis of NRAMP in green plants, indicating expansion and tandem duplication in ferns. In addition, their key amino acid sequences and secondary structures were highly conserved across plant species. The expression of diverse tissue showed that NRAMP genes displayed distinct spatial regulation in the leaves and roots. We also explored the underlying molecular mechanisms and regulatory pathways by which NRAMP genes influence heavy metal uptake. Therefore, by integrating structural conservation, molecular evolution, tissue- and single-cell expression patterns, ion-stress-responsive expression, regulatory pathways, and the Cd–Mn nutrient–toxin trade-off, this review provides a framework for identifying unresolved NRAMP functions and for guiding future strategies in low-heavy-metal crop breeding, metal homeostasis engineering, and phytoremediation.
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