人们早就知道镁在植物和动物中的重要性，但植物对镁的吸收和运输的细节在很大程度上是未知的。由Cornelia Spetea(哥德堡大学)领导的一项国际合作的最新结果发表在植物科学前沿，为植物对镁的吸收在光合作用和叶绿体功能中的作用提供了新的认识。这些数据表明，镁转运蛋白的活性对植物代谢和叶绿体功能至关重要，影响植物生长和农业产量。

人体缺镁通常与不愉快的症状有关，其中最著名的可能是腿部肌肉痉挛。这是因为镁对300多种酶的功能至关重要，这些酶负责神经系统和肌肉的正常活动，蛋白质、DNA和RNA的合成，以及血糖和血压的调节。

镁也是植物必需的矿物质，许多蛋白质的功能都需要镁，包括叶绿体中参与光合作用固碳的酶。该离子在光合作用中的其他作用是与绿色色素叶绿素的卟啉骨架结合，并参与光合作用(类囊体)膜的组织。因此，植物中总镁含量的15-35%存在于叶绿体中就不足为奇了。

尽管镁很重要，但人们对植物如何通过身体和细胞吸收和运输镁知之甚少。为了我们农作物的正常生长和健康发展，

重要的是要了解土壤中的基本营养物质是如何从根部运输到植物使用的地方的，例如进入叶绿体进行光合作用。

离子只能通过特殊的离子通道和转运体穿过细胞膜。在Cornelia Spetea的带领下，来自瑞典、日本、匈牙利、丹麦和美国的一个研究小组研究了镁是如何进入植物的光合细胞器——叶绿体的。

这项研究最近发表在《植物科学前沿》(Frontiers in Plant Science)上，描述了以前在模式植物拟南芥中发现的两个不同家族的三种蛋白质的功能。它们被称为镁释放8号和9号(MGR8, MGR9)和镁转运体10号(MGT10)。所有这三种被研究的蛋白质都位于叶绿体的包膜中，并参与镁在该膜上的运输。它们也被证明在光合作用的不同过程的调节中发挥重要作用。该研究还首次从单细胞绿藻莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中鉴定并鉴定了一种蛋白MRS4，该蛋白与拟南芥中描述的MGT10具有相似的功能。

分析表明，MGT10蛋白是镁离子通道，而MGR8和MGR9是镁转运蛋白，可能需要钠离子的存在。这一现象之所以引起人们的兴趣，有几个原因:首先，因为钠不是植物必需的营养物质，所以人们对它在植物细胞内的运输机制知之甚少;其次，因为这种离子的存在对光合作用有负面影响，尤其是对生长在盐碱地或高盐度土壤中的植物。

“我们观察到，缺乏一到两个镁转运蛋白的突变植物的光合作用明显下降，这强调了这种元素在植物代谢中的重要性。”

——哥德堡大学的Cornelia Spetea教授总结了这项工作的主要发现。

叶绿体吸收镁的重要性，以及MGT10在这一过程中的作用，也被完全缺乏这种蛋白质(敲除)的突变植物无法存活的事实所证明。因此，在研究中只能分析所谓的敲除突变植物，在这些植物中，该基因的表达较低，因此含有较少的蛋白质。这些突变植物的叶脉是黄色的，而不是野生型植物的绿色叶脉。黄色叶脉表明这些区域的叶绿素形成受到抑制。

此外，在叶脉附近的细胞中观察到一种特殊的类囊体组织。匈牙利E?tv?s Loránd大学的Katalin Solymosi进行了显微分析，他解释说:“即使在同一个细胞内，也有具有正常类囊体的叶绿体，以及一些由大颗粒(所谓的大颗粒)和小膜泡组成的类囊体。”

需要进一步的研究来确切地理解为什么在单个细胞中存在两种不同组织的质体类型。

叶脉的黄色变色也是某些病毒感染和缺乏其他必需营养素(如铁)的典型表现。这些研究表明，在镁的细胞内运输不足的情况下也可能出现类似的症状，并且所研究的蛋白质的存在和正常功能对于植物代谢和农业至关重要。

来源：AAAS

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