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Metabolome analysis of Arabidopsis thaliana roots identifies a key metabolic pathway for iron acquisition

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Schmidt, Holger ; Günther, Carmen ; Weber, Michael ; Spörlein, Cornelia ; Loscher, Sebastian ; Böttcher, Christoph ; Schobert, Rainer ; Clemens, Stephan:
Metabolome analysis of Arabidopsis thaliana roots identifies a key metabolic pathway for iron acquisition.
In: PLoS ONE. Bd. 9 (2014) Heft 7 . - e102444.
ISSN 1932-6203
DOI: 10.1371/journal.pone.0102444

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Abstract

Fe deficiency compromises both human health and plant productivity. Thus, it is important to understand plant Fe acquisition strategies for the development of crop plants which are more Fe-efficient under Fe-limited conditions, such as alkaline soils, and have higher Fe density in their edible tissues. Root secretion of phenolic compounds has long been hypothesized to be a component of the reduction strategy of Fe acquisition in non-graminaceous plants. We therefore subjected roots of Arabidopsis thaliana plants grown under Fe-replete and Fe-deplete conditions to comprehensive metabolome analysis by gas chromatography-mass spectrometry and ultra-pressure liquid chromatography electrospray ionization quadrupole time-of-flight mass spectrometry. Scopoletin and other coumarins were found among the metabolites showing the strongest response to two different Fe-limited conditions, the cultivation in Fe-free medium and in medium with an alkaline pH. A coumarin biosynthesis mutant defective in ortho-hydroxylation of cinnamic acids was unable to grow on alkaline soil in the absence of Fe fertilization. Co-cultivation with wild-type plants partially rescued the Fe deficiency phenotype indicating a contribution of extracellular coumarins to Fe solubilization. Indeed, coumarins were detected in root exudates of wild-type plants. Direct infusion mass spectrometry as well as UV/vis spectroscopy indicated that coumarins are acting both as reductants of Fe(III) and as ligands of Fe(II).

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Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Zusätzliche Informationen (öffentlich sichtbar): BAYCEER123856
Keywords: Coumarins; Iron deficiency; Arabidopsis thaliana; Metabolites; Plant biochemistry; Metabolomics; Gas chromatography-mass spectrometry; Phenols
DOI der Veröffentlichung: 10.1371/journal.pone.0102444
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
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Sprache: Englisch
Titel an der UBT entstanden: Ja
Eingestellt am: 01 Dec 2015 11:20
Letzte Änderung: 01 Dec 2015 11:20
URI: https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/2117