Agronomie 23 (2003) 447-454
DOI: 10.1051/agro:2003012

Gene networks involved in iron acquisition strategies in plants

Petra Bauer and Zsolt Bereczky

Institute for Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), Corrensstrasse 3, 06466 Gatersleben, Germany
(Received 5 August 2002; accepted 4 December 2002)

Abstract
Iron uptake is strictly controlled in all organisms. Iron deficiency induces a well-defined series of physiological events, either based on iron reduction (strategy I, dicots and monots except grasses) or iron chelation (strategy II, grasses). Genes encoding the structural components of the strategies I and II have been described recently using molecular, genetic and biochemical techniques. The major participants of the strategy I are the ferric reductase and the Fe II transporter encoded by Atfro2 and Atirt1 homologs, respectively. The strategy II comprises the enzymes for phytosiderophore biosynthesis encoded by the genes for nicotianamine synthase, nicotianamine aminotransferase and others. Transcriptional and post-transcriptional regulatory mechanisms control the strategy I and II genes. The tomato fer gene is among the first identified regulator genes for iron uptake. The identification and characterisation of the regulatory mechanisms is an important step towards designing new strategies for improving the iron content of crop plants for human health.

Résumé
Les réseaux de gènes impliqués dans les stratégies d'absorption de fer par les plantes. L'absorption de fer est contrôlée de manière rigoureuse dans tous les organismes. La carence en fer entraîne des séries bien connues d'incidents physiologiques, qu'ils soient basés sur la réduction de fer (stratégie I, dicotylédones et monocotylédones à l'exception des plantes herbacées) ou la chélation de fer (stratégie II, plantes herbacées). Les gènes codant pour les composants structuraux des stratégies I et II ont été décrits récemment en utilisant des techniques moléculaires, génétiques et biochimiques. Les principaux participants de la stratégie I sont la réductase ferrique et le transporteur Fe II codés respectivement par les homologues de Atfro2 et Atirt1. La stratégie II comporte les enzymes pour la biosynthèse de phytosidérophore codées par les gènes de la nicotianamine synthase, de la nicotianamine aminotransférase et d'autres. Les mécanismes de régulation transcriptionels et post-transcriptionels contrôlent les gènes des stratégies I et II. Le gène fer de la tomate figure parmi les premiers gènes régulateurs pour l'absorption de fer à avoir été identifiés. L'identification et la caractérisation des mécanismes régulateurs est une avancée considérable pour envisager de nouvelles stratégies visant à améliorer le contenu en fer des plantes cultivées pour la santé humaine.

Key words: iron uptake / strategy I genes / strategy II genes / regulation / fer

Mots clés : absorption de fer / stratégie I gènes / stratégie II gènes / régulation / fer

Correspondence and reprints: Petra Bauer email: bauer@ipk-gatersleben.de

Communicated by Philippe Hinsinger (Montpellier, France)

© INRA, EDP Sciences 2003