Interdependent iron and phosphorus availability controls photosynthesis through retrograde signaling

光合作用 相互依存 生物 细胞生物学 生物化学 化学 计算生物学 政治学 有机化学 法学
作者
Hye-In Nam,Zaigham Shahzad,Yanniv Dorone,Sophie Clowez,Kangmei Zhao,Nadia Bouain,Katerina S. Lay-Pruitt,Huikyong Cho,Seung Y. Rhee,Hatem Rouached
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:66
标识
DOI:10.1038/s41467-021-27548-2
摘要

Abstract Iron deficiency hampers photosynthesis and is associated with chlorosis. We recently showed that iron deficiency-induced chlorosis depends on phosphorus availability. How plants integrate these cues to control chlorophyll accumulation is unknown. Here, we show that iron limitation downregulates photosynthesis genes in a phosphorus-dependent manner. Using transcriptomics and genome-wide association analysis, we identify two genes, PHT4;4 encoding a chloroplastic ascorbate transporter and bZIP58 , encoding a nuclear transcription factor, which prevent the downregulation of photosynthesis genes leading to the stay-green phenotype under iron-phosphorus deficiency. Joint limitation of these nutrients induces ascorbate accumulation by activating expression of an ascorbate biosynthesis gene, VTC4 , which requires bZIP58. Furthermore, we demonstrate that chloroplastic ascorbate transport prevents the downregulation of photosynthesis genes under iron-phosphorus combined deficiency through modulation of ROS homeostasis. Our study uncovers a ROS-mediated chloroplastic retrograde signaling pathway to adapt photosynthesis to nutrient availability.
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