植物吸收满足正常生长发育所需的铁（Fe）元素的同时，还要避免摄入过多的Fe而产生毒害作用，因此需要在外源Fe缺乏的情况下迅速激活其吸收系统，而在外源Fe充足的条件下能够降低或者关闭Fe的吸收。
在以拟南芥为代表的双子叶植物通过还原策略（reductive strategy）吸收Fe，具体为：三价铁还原酶FRO2能够将外源的Fe3 还原为Fe2 ，进而可通过转运蛋白IRT1摄入到根系中【1, 2】。拟南芥bHLH转录因子家族成员FIT（FER-like iron deficiency-induced transcription factor)能够与其它Ib亚家族的成员（如bHLH38/39/100/101等）形成异源二聚体并直接结合到FRO2和IRT1等与Fe吸收相关关键基因的启动子区域，调控400个左右基因的表达，是转录水平上激活Fe吸收系统的核心转录因子【3-6】。然而，在外界可用Fe充足的情况下这一系统如何失活还不得而知。
近日，来自英国John Innes Centre的Janneke BalK博士研究团队发现拟南芥中两个E3连接酶AtBTSL1和AtBTSL2能够在外源Fe充足的情况下降解负责Fe吸收的关键转录因子FIT，从而关闭Fe的高效吸收。该途径是拟南芥响应外界可用Fe浓度变化的重要翻译后修饰手段。相关结果以题为Arabidopsis BRUTUS-LIKE E3 ligases negatively regulate iron uptake by targeting transcription factor FIT for recycling的论文发表在PNAS上。
该研究发现，AtBTSL1和AtBTSL2主要在根上半部分和下半部分的表皮、皮层细胞中表达，它们的表达也能在根冠处被检测到，而AtBTSL2在内皮层和中柱部分也有一定的表达。进一步研究发现，AtBTSL1和AtBTSL2的表达受Fe缺乏的诱导，并与诸如IRT1等与Fe吸收、螯合等基因呈共表达的特性。
在连续 Fe的条件下（control），btsl1 btsl2双突变体地上部分的Fe含量与野生型对照没有显著性差异，然而，当植株在缺Fe条件下生长三天转移到含Fe的条件下（Fe deficiency resupply），地上部分的含量与对照相比出现了显著增加。通过对不同条件下FRO2的酶活分析发现，野生型和btsl1 btsl2双突变体根系在缺Fe条件下FRO2的蛋白质活性没有显著性差异，当重新 Fe的第一天，野生型中的FRO2既回复到缺Fe之前的水平，然而，btsl1 btsl2双突变体中的酶活性一直到第3天仍然保持在较高的水平上。同样的是，负责Fe吸收的IRT1和关键转录因子FIT的蛋白质水平也在重新 Fe后2天内均保持在较高的水平。该结果表明，btsl1 btsl2中与Fe吸收相关蛋白的降解速率受到了显著的抑制。
研究人员发现AtBTSL1和AtBTSL2都能与FIT相互作用，且AtBTSL2比AtBTSL1具有更强的E3连接酶活性并能在体外使FIT泛素化，从野生型及btsl1 btsl2双突变体中提取的蛋白对FIT蛋白进行处理发现，与野生型来源蛋白一起孵育的FIT在一个小时左右即发生了明显的降解，而FIT蛋白在btsl1 btsl2双突变体中降解速度则很缓慢。而在蛋白酶抑制剂MG132的条件下FIT蛋白在两种情况下均没有出现降解。以上结果表明AtBTSL2可使FIT蛋白泛素化从而进入蛋白酶降解途径。
图1. BTSL1/2介导了Fe吸收模式图
在前人的研究基础上，研究人员进一步完善了拟南芥响应外界Fe浓度的变化改变Fe吸收的机制，即：在Fe缺乏时，FIT受诱导并与bHLH39形成异源二聚体激活IRT1、FRO2等基因的表达，而BTSL1/2受缺Fe诱导并能使FIT泛素化而进入降解途径，降低或者关闭IRT1、FRO2等Fe吸收相关基因的表达，避免摄入过多的Fe对植物产生毒害（图1）。此外，研究人员根据BTS及BTSL1/2的表达模式差异、修饰底物的不同，以及植物突变体表型的差异还完善了前人关于BTS及BTSL1/2在Fe稳态调控过程中的作用模式【7】（图2）。
图2. BTS及BTSL1/2在Fe稳态调控过程中的作用模式
参考文献：
1. V. Römheld, H. Marschner, Evidence for a specific uptake system for iron phytosiderophores in roots of grasses. Plant Physiol. 80, 175–180 (1986).
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4. E. P. Colangelo, M. L. Guerinot, The essential basic helix-loop-helix protein FIT1 is required for the iron deficiency response. Plant Cell 16, 3400–3412 ().
5. H. J. Mai, S. Pateyron, P. Bauer, Iron homeostasis in Arabidopsis thaliana: Transcriptomic analyses reveal novel FIT-regulated genes, iron deficiency marker genes and functional gene networks. BMC Plant Biol. 16, 211–233 ().
6. Y. Yuan et al., FIT interacts with AtbHLH38 and AtbHLH39 in regulating iron uptake gene expression for iron homeostasis in Arabidopsis. Cell Res. 18, 385–397 ().
7. M. N. Hindt et al., BRUTUS and its paralogs, BTS LIKE1 and BTS LIKE2, encode important negative regulators of the iron deficiency response in Arabidopsis thaliana.Metallomics 9, 876–890 ()
原文链接：
/content/116/35/17584.abstract?etoc=
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