Transport of iron in plants assisted by nicotianamine and its derivatives

Abstract

[EN] In this Thesis, the roles of NA and DMA in Fe transport have been studied using mass spectrometry and molecular biology approaches in two relevant crop species, tomato (Solanum lycopersicum; a Strategy I species) and rice (Oryza sativa; a Strategy II species). In tomato, the first comprehensive analysis of the changes in metal micronutrients and organic metal ligands in fluids of this plant species as affected by Fe status is presented. This study shows that in Fe-deficient tomato plants resupplied with Fe NA is involved in root Fe trafficking to reach the vasculature and in Fe remobilization from developed to young leaves via phloem sap. Also, in tomato plants citrate and malate are involved in short distance Fe transport through the apoplastic pathway in roots and leaves and in long-distance Fe transport via xylem sap. In rice, DMA and citrate are shown to play complementary roles in long-distance Fe transport via xylem sap, using the mutant Osfrdl1 and foliar citrate applications, with NA not being involved in this process. In rice seeds DMA and NA are shown to be involved in Fe loading in the endosperm and Fe/Zn loading in the embryo, respectively, using transgenic rice plants overexpressing OsNAS1 and/or expressing HvNAATb and LA-ICPMS. This Thesis has increased the knowledge on the roles and relationships between metal organic ligands in plant short- and long-distance Fe transport, provided a better understanding of plant metal homeostasis, and opened new approaches for biofortification.

[ES] En esta Tesis se han estudiado las funciones de la NA y el DMA en el transporte de Fe, utilizando enfoques de espectrometría de masas y biología molecular, en dos cultivos relevantes: tomate (Solanum lycopersicum, especie de Estrategia I) y arroz (Oryza sativa, especie de Estrategia II). En el caso de tomate se presenta el primer análisis exhaustivo de los cambios en micronutrientes metálicos y ligandos orgánicos en fluidos de esta especie en diferentes estados de nutrición de Fe. Este estudio muestra que en plantas de tomate deficientes en Fe y reabastecidas con este elemento la NA está involucrada en el tráfico de Fe en la raíz hasta alcanzar la vasculatura, así como en la removilización de Fe desde las hojas desarrolladas a las jóvenes via floema. Además, en las plantas de tomate el citrato y el malato están involucrados en el transporte de Fe a corta distancia a través de la ruta apoplásica en raíces y hojas, y en el transporte de Fe a larga distancia via xilema. En arroz se ha demostrado, utilizando para ello aplicaciones foliares de citrato a mutantes Osfrdl1, que el DMA y el citrato desempeñan papeles complementarios en el transporte de Fe a larga distancia via xilema mientras que la NA no está involucrada en esta etapa. En semillas de arroz, utilizando plantas transgénicas que sobreexpresan OsNAS1 y/o expresan HvNAATb y la técnica LA-ICP-MS, se muestra que el DMA y la NA participan en la carga de Fe en el endospermo y la carga de Fe/Zn en el embrión, respectivamente. Esta Tesis ha incrementado el conocimiento sobre las funciones y relaciones entre ligandos orgánicos de metales en el transporte de Fe a corta y larga distancia en las plantas, ha proporcionado una mejor comprensión de la homeostasis de Fe y ha abierto nuevos enfoques para la biofortificación.