Ferrous iron transport via IRT1 evolved at least twice in green plants
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Transporte de ferro ferroso via IRT1 evoluiu pelo menos duas vezes em plantas verdes
Primeiro orientador
Membros da banca
Aristóteles Góes Neto
Felipe Klein Ricachenevsky
Joni Esrom Lima
Felipe Klein Ricachenevsky
Joni Esrom Lima
Resumo
O Ferro (Fe) é um micronutriente essencial para todos os seres vivos, sendo necessário para diversas atividades metabólicas e praticamente insubstituível pois possui propriedades eletroquímicas únicas, que possibilitam ou facilitam uma série de processos bioquímicos. Possivelmente, o Fe foi um elemento essencial para o surgimento da vida na terra, uma vez que sua utilização em processos bioquímicos essenciais é conservada durante toda a evolução dos organismos vivos. Atualmente na Terra, o Fe é abundante, mas é encontrado em uma forma pouco solúvel (ferro férrico – Fe3+) pelos organismos vivos como as plantas. Esse cenário muda de acordo com o ambiente, onde por exemplo, em ambientes aquáticos o Fe é mais biodisponível (como ferro ferroso – Fe2+). As plantas atuais estabeleceram estratégias de absorção do Fe que são respostas a deficiência desse metal na forma mais solúvel. A. thaliana, por exemplo, captura o Fe através de um mecanismo que diminui o pH da região da raiz e aumenta a solubilidade do Fe3+, através do bombeamento de prótons na rizosfera. O Fe férrico mais solúvel é reduzido a Fe ferroso pela FRO2 redutase e transportado para o interior da célula pelo principal transportador de ferro das plantas, o IRT1, pertencente à família proteica ZIP (ZRT/IRT - Related Protein), composta por transportadores de membrana de Zn, Fe e outros micronutrientes. Nesse trabalho, investigamos como os mecanismos de absorção do Fe podem ser, possivelmente, um dos fatores que levaram a terrestrialização do planeta pelas estreptófitas iniciais e como essas estratégias de captura de Fe se estabeleceram durante a evolução na linhagem das plantas (Archaeplastida). Através de análises filogenéticas, observamos que o IRT1 de C. reinhardtii possui distância suficiente do AtIRT1 para indicar uma possível aparição em paralelo e em diferentes momentos da história evolutiva das plantas desses dois tipos de IRT1. Além disso, nossas análises comparativas demonstram que os aminoácidos de CrIRT1 são completamente diferentes em algumas posições essenciais para que o transporte de Fe aconteça como em AtIRT1. Com os resultados apresentados nesse artigo, nosso trabalho abre caminho para diferentes análises que podem ser empregadas em cima dos dados encontrados aqui, como por exemplo, uma análise estrutural e funcional dos homólogos da família ZIP de espécies de algas que nunca foram estudados antes. A caracterização funcional e estrutural dos membros da família ZIP em Archaeplastida ajudará a entender como se estabeleceram as estratégias de absorção do Fe nas plantas e auxiliará nos estudos biotecnológicos em cultura e saúde oferecidos por essas espécies.
Abstract
Iron (Fe) is an essential micronutrient for all living beings, being necessary for several metabolic activities and practically irreplaceable because it has unique electrochemical properties, which enable or facilitate a series of biochemical processes. Possibly, Fe was an essential element for the emergence of life on earth, since its use in essential biochemical processes is conserved throughout the evolution of living organisms. Currently on Earth, Fe is abundant, but it is found in a poorly soluble form (ferric iron – Fe3+) by living organisms such as plants. This scenario changes according to the environment, where, for example, in aquatic environments Fe is more bioavailable (as ferrous iron – Fe2+). Current plants have established Fe absorption strategies that are responses to the deficiency of this metal in the most soluble form. A. thaliana, for example, captures Fe through a mechanism that lowers the pH of the root region and increases the solubility of Fe3+, by pumping protons into the rhizosphere. The most soluble ferric Fe is reduced to ferrous Fe by FRO2 reductase and transported into the cell by the main iron transporter in plants, IRT1, belonging to the ZIP protein family (ZRT/IRT - Related Protein), composed of membrane transporters of Zn, Fe and other micronutrients. In this work, we investigate how Fe uptake mechanisms could possibly be one of the factors that led to terrestrialization of the planet by early streptophytes and how these Fe capture strategies were established during evolution in the plant lineage (Archaeplastida). Through phylogenetic analyses, we observed that the IRT1 of C. reinhardtii has sufficient distance from AtIRT1 to indicate a possible appearance in parallel and at different times in the evolutionary history of plants of these two types of IRT1. Furthermore, our comparative analyzes demonstrate that CrIRT1 amino acids are completely different in some essential positions for Fe transport to occur as in AtIRT1. With the results presented in this article, our work opens the way for different analyzes that can be used on top of the data found here, such as a structural and functional analysis of homologs of the ZIP family of algae species that have never been studied before. The functional and structural characterization of members of the ZIP family in Archaeplastida will help to understand how Fe absorption strategies were established in plants and will help in biotechnological studies in culture and health offered by these species.
Assunto
Biologia Computacional, Genômica, Ferro, Archaeplastida
Palavras-chave
Captura de ferro, Archaeplastida, Transportadores ZIP, Genômica Comparativa