Nature子刊 | 南京农业大学杰青 韦中教授 植物铁营养的＂第三策略＂:微生物铁载体的直接吸收机制与农业应用

•标题：Integrating microbial siderophores into concepts of plant iron nutrition

•中文标题：将微生物铁载体纳入植物铁营养概念

•期刊：Nature Plants

•影响因子：13.6

•在线发表时间：2025年12月15日

•作者：Shaohua Gu；Nanqi Wang；Yiran Zheng；Tianqi Wang；Qirong Shen；Fusuo Zhang；Rolf Kümmerli；Zhong Wei；Yuanmei Zuo

•主要单位：中国农业大学等

•关键词：plant iron nutrition, microbial siderophores, iron acquisition strategies, Strategy III, biofortification

•doi：https://doi.org/10.1038/s41477-025-02171-x 

本文探讨植物铁吸收机制的复杂性，挑战传统的策略I（还原基）和策略II（植物铁载体基）二分法，提出混合策略的存在。重点强调微生物铁载体的关键作用，提出策略III（植物直接吸收微生物铁载体-铁复合物），并讨论其潜在农业应用价值，为作物铁生物强化和改善人类健康提供新思路。

铁是植物必需微量元素，土壤中铁有效性低导致植物缺铁，影响生长及作物品质，进而引发人类“隐性饥饿”（如贫血）。传统观点认为植物通过策略I（双子叶和非禾本科单子叶植物的还原机制）和策略II（禾本科植物的植物铁载体机制）吸收铁，但近年研究发现两者界限模糊，存在混合策略。同时，微生物铁载体对植物铁营养的作用被忽视，其如何被植物利用的机制尚不明确，需整合微生物铁载体重新构建植物铁营养概念。

• 提出研究问题：传统植物铁吸收策略二分法是否适用于所有植物？微生物铁载体在植物铁营养中扮演何种角色？

• 构建研究框架：回顾策略I和II机制，分析混合策略证据，探讨微生物铁载体作用，提出策略III概念。

• 选择研究方法：通过文献综述整合生理、分子生物学及生态学证据，结合案例分析（如水稻、花生与玉米间作）。

• 文献综述与理论推演：评估微生物铁载体浓度、植物吸收途径（还原、配体交换、直接吸收）及相关 transporter功能。

• 得出结论：提出策略III（直接吸收微生物铁载体-铁复合物），强调其农业应用潜力。

• 植物铁吸收策略并非严格二分，部分物种存在混合策略（如水稻兼具策略I和II特征，花生间作时吸收玉米植物铁载体）。

• 微生物铁载体在根际浓度较高（12.5–50 μmol/l），可满足植物铁需求，且植物能通过根系分泌物富集产铁载体微生物。

• 植物利用微生物铁载体的机制包括：策略I还原低稳定性复合物、策略II配体交换、直接吸收（策略III），后者涉及YS1/YSL转运蛋白、未知跨膜转运蛋白及胞吞作用。

• 研究结论：植物铁吸收机制复杂，存在混合策略；微生物铁载体通过间接（策略I/II）和直接（策略III）途径被植物利用，策略III（直接吸收微生物铁载体-铁复合物）是未被充分认识的重要机制，为农业铁生物强化提供新靶点。

• 研究的创新性：首次提出策略III概念，明确微生物铁载体直接吸收机制；挑战传统策略二分法，强调混合策略的普遍性；整合微生物生态学与植物营养学，为铁营养研究提供新框架。

• 研究的不足之处：策略III的分子机制（如具体转运蛋白、胞吞路径）尚未明确；微生物铁载体与植物互作的生态风险（如过度螯合影响生态系统铁循环）需评估；多数微生物铁载体的植物吸收效果未验证（仅测试<2%已知种类）。

• 研究展望：需通过基因编辑（如CRISPR-Cas突变体）、异源表达系统鉴定策略III相关转运蛋白；利用化学 proteomics 和共聚焦显微镜解析直接吸收机制；筛选高效产铁载体微生物，评估其在农业中的应用潜力；研究植物如何通过根系分泌物调控根际微生物群落以优化铁吸收。

• 研究意义：丰富植物铁营养理论，为解决全球“隐性饥饿”提供新途径；推动微生物-植物互作研究，助力可持续农业发展；为作物铁生物强化提供理论基础，有望通过调控根际微生物提高作物铁含量，改善人类健康。

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