Eisen (Fe) ist ein essentieller Nährstoff für Pflanzen und dient als Cofaktor für eine Vielzahl von zellulären Prozessen wie Sauerstofftransport, Zellatmung, Chlorophyllbiosynthese, Thylakoidbiogenese und Chloroplastenentwicklung. Allerdings ist die Bioverfügbarkeit von Fe in gut durchlüfteten Böden oft stark eingeschränkt, insbesondere in kalkhaltigen Böden, die 30 % der Erdoberfläche einnehmen. Daher ist die durch Fe-Mangel verursachte Chlorose ein ernsthaftes Problem, das zu Ertragsverlusten und verminderter Qualität in der landwirtschaftlichen Produktion führt. Fe-Mangel in Pflanzen steht auch in engem Zusammenhang mit der Prävalenz von Fe-Mangel-induzierter Anämie beim Menschen.

Pflanzen haben mindestens zwei Mechanismen entwickelt, die eine effiziente Aufnahme von Fe begünstigen. Strategie I, die in Nicht-Graminaceen-Pflanzen auftritt, beruht auf der Ansäuerung der Rhizosphäre, um die Löslichkeit von Eisen(III)-Fe-Verbindungen durch Protonenextrusion und Transplasmamembran-Elektronentransfer zu erhöhen, um Fe über Eisen(III)-Chelat-Reduktase (FRO2 ) und Transport von Fe in die Wurzelzellen durch den eisenregulierten Transporter 1. Strategie II, die von den Gramineen genutzt wird, beruht auf der Extrusion von Phytosiderophoren (MAs) der Mugineinsäurefamilie über den Efflux-Transporter von MAs (z. B. TOM1), um Fe im zu lösen Rhizosphäre und anschließender Transport des Fe(III)-Phytosiderophor-Komplexes durch die Plasmamembran der Wurzelepidermiszelle über den Yellow Stripe1-Transporter 1.

Es wurde angenommen, dass diese beiden Strategien ein normales Wachstum für viele sogenannte „Fe-effiziente“ Pflanzen unter Fe-begrenzten Bedingungen sicherstellen. In den letzten zehn Jahren haben jedoch mehrere Beweislinien gezeigt, dass diese Strategien allein nicht ausreichen, um zu verhindern, dass Pflanzen in Fe-begrenzten Böden einen Fe-Mangel erleiden. Wie Bodenmikroorganismen die pflanzliche Fe-Aufnahme fördern, ist noch weitgehend unbekannt. Dennoch haben Forscher in den letzten Jahrzehnten große Anstrengungen unternommen, um diesen interessanten und wichtigen unterirdischen Mechanismus aufzudecken, und viele wertvolle Hinweise erhalten. Auf der Grundlage dieser Anhaltspunkte diskutiert dieser Übersichtsartikel die möglichen Mechanismen für die Förderung der pflanzlichen Fe-Aufnahme durch Bodenmikroorganismen.

Beitrag der mikrobiellen Aktivität zur pflanzlichen Eisenaufnahme

Jin, CW, Ye, YQ und Zheng, SJ Eine unterirdische Geschichte: Beitrag der mikrobiellen Aktivität zur pflanzlichen Eisenaufnahme über ökologische Prozesse. (2014) Annals of Botany, 113 (1), 7-18.
Eisen(Fe)-Mangel in Nutzpflanzen ist ein weltweites landwirtschaftliches Problem. Pflanzen haben mehrere Strategien entwickelt, um die Fe-Aufnahme zu verbessern, aber zunehmende Beweise haben gezeigt, dass die intrinsischen pflanzlichen Strategien allein nicht ausreichen, um einen Fe-Mangel in Böden mit begrenztem Eisengehalt zu vermeiden. Bodenmikroorganismen spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Aufnahme von pflanzlichem Fe; Die Mechanismen hinter ihrer Förderung der Fe-Aufnahme bleiben jedoch weitgehend unbekannt.
Diese Übersicht konzentriert sich auf die möglichen Mechanismen, die der Förderung der pflanzlichen Fe-Aufnahme durch Bodenmikroorganismen zugrunde liegen.