Plant iron status regulates ammonium-use efficiency through protein N-glycosylation

拟南芥 根际 化学 拉图卡 营养物 拟南芥 生物化学 植物 生物 有机化学 遗传学 细菌 突变体 基因
作者
Guangjie Li,Lin Zhang,J. Wu,Z. F. Wang,Meng Wang,Herbert J. Kronzucker,Weiming Shi
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/plphys/kiae103
摘要

Improving nitrogen-use efficiency (NUE) is an important path toward enhancing crop yield and alleviating the environmental impacts of fertilizer use. Ammonium (NH4+) is the energetically preferred inorganic N source for plants. The interaction of NH4+ with other nutrients is a chief determinant of ammonium-use efficiency (AUE) and of the tipping point toward ammonium toxicity, but these interactions have remained ill-defined. Here, we report that iron (Fe) accumulation is a critical factor determining AUE and have identified a substance that can enhance AUE by manipulating Fe availability. Fe accumulation under NH4+ nutrition induces NH4+ efflux in the root system, reducing both growth and AUE in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). Low external availability of Fe and a low plant Fe status substantially enhance protein N-glycosylation through a Vitamin C1 (VTC1)-independent pathway, thereby reducing NH4+ efflux to increase AUE during the vegetative stage in Arabidopsis under elevated NH4+ supply. We confirm the validity of the iron-ammonium interaction in the important crop species lettuce (Lactuca sativa). We further show that dolomite can act as an effective substrate to subdue Fe accumulation under NH4+ nutrition by reducing the expression of Low Phosphate Root 2 (LPR2) and acidification of the rhizosphere. Our findings present a strategy to improve AUE and reveal the underlying molecular-physiological mechanism.
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