Transition Metal Transport in Plants and Associated Endosymbionts: Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Rhizobia

Abstract

Transition metals such as iron, copper, zinc, or molybdenum are essential nutrients for plants. These elements are involved in almost every biological process, including photosynthesis, tolerance to biotic and abiotic stress, or symbiotic nitrogen fixation. However, plants often grow in soils with limiting metallic oligonutrient bioavailability. Consequently, to ensure the proper metal levels, plants have developed a complex metal uptake and distribution system, that not only involves the plant itself, but also its associated microorganisms. These microorganisms can simply increase metal solubility in soils and making them more accessible to the host plant, as well as induce the plant metal deficiency response, or directly deliver transition elements to cortical cells. Other, instead of providing metals, can act as metal sinks, such as endosymbiotic rhizobia in legume nodules that requires relatively large amounts to carry out nitrogen fixation. In this review, we propose to do an overview of metal transport mechanisms in the plant–microbe system, emphasizing the role of arbuscular mycorrhizal fungi and endosymbiotic rhizobia.

Papel de COPT1, COPT2, MTP2 y ZIP6 en el transporte y la homeostasis de metales en Medicago truncatula

“…La fijación simbiótica de nitrógeno usa un gran número de metaloproteínas para llevar a cabo esta reacción compleja y energéticamente cara (Brear et al, 2013;González-Guerrero et al, 2014). De este modo, estudiar cómo los metales de transición se transfieren desde la planta hospedadora a los rizobios fijadores de nitrógeno en el interior de las células del nódulo es relevante, especialmente en el contexto actual de introducir la capacidad de fijar nitrógeno en plantas noleguminosas (Vicente & Dean, 2017).…”

“…En plantas participan, entre otros procesos, en la fotosíntesis (Yruela, 2013), en la respiración oxidativa (Ravet & Pilon, 2013), la floración (Takahashi et al, 2003), y, en el caso de las leguminosas, en la fijación simbiótica de nitrógeno (Brear et al, 2013;González-Guerrero et al, 2016).…”

“…Esta fijación simbiótica de nitrógeno (FSN) requiere de un elevado aporte de metales de transición por parte de la planta hospedadora (González-Guerrero et al, 2014).…”

“…Durante el proceso de fijación de nitrógeno, intervienen un alto número de metaloproteinas (Brear & Smith, 2013;González-Guerrero et al, 2014) Entre los cofactores metálicos que se requieren para completar su funcionalidad, se encuentra el zinc. Aparte de formar parte de dedos de zinc y factores de transcripción, el zinc forma parte de metaloproteinas del nódulo como Cu/ZnSOD, que se encarga de la detoxificación de radicales libres (Rubio et al, 2007;Rubio et al, 2004).…”

“…In plants, they participate in photosynthesis (Yruela, 2013), oxidative respiration (Ravet & Pilon, 2013), flowering (Takahashi et al, 2003), and, in the case of legumes, in symbiotic nitrogen fixation (Brear et al, 2013;González-Guerrero et al, 2016), among others. Given their importance as nutrients, a significant effort has been invested in understanding how plants distribute and used these essential metallic oligonutrients.…”