Iron deficiency induces sulphate uptake and modulates redistribution of reduced sulphur pool in barley plants

We studied the possibility that the sulfur (S) assimilatory pathway might be modulated by iron (Fe) starvation in barley, as a consequence of plant requirement for an adequate amount of reduced S to maintain methionine and, in turn, phytosiderophore biosynthesis. Barley seedlings were grown with or without 100 µM FeIII–EDTA, at three S levels in the nutrient solution (S2 =1200, S1 =60, and S0 =0 µM sulfate) in order to reproduce conditions of optimal supply, latent and severe deficiency, respectively. Fe deprivation increased root cysteine content irrespective of the S supply. However, this increase was not associated with either higher rates of 35SO42- uptake or increased expression of the gene for the high-af.nity sulfate transporter, HvST1, and these roots failed to increase their activities of ATP sulfurylase (ATPS) and O-acetylserine(thiol) lyase (OASTL). We observed a significant increase in 35SO42- uptake rate (+76%) only in Fe-de.cient S1 plants and we found an increase in root ATPS activity only in S0 plants. We observed an increase of ATPS enzyme activity in leaves of S1 and S2 plants, most likely suggesting increased S assimilation followed by translocation of thiols (Cys) to the root. Taken together, our results suggest that Fe de.ciency affects the partitioning from the shoot to the root of the reduced S pool within the plant and can affect SO42- uptake under limited S supply.

Abbiamo studiato la possibilità che il cammino di assimilazione dello zolfo (S) percorso possa essere modulato da ferro (Fe)-carenza in orzo, come conseguenza della necessità da parte della piante di una adeguatra quantità di S ridotto, per sostenere la bisintesi di metionina e, quindi, di fitosiderofori. Piantine di orzo erano coltivate con o senza 100 µM FeIII-EDTA, a tre livelli nella soluzione nutritiva (S2 =1200, S1 e S0 =60, =0 µM solfato) per riprodurre le condizioni ottimali di approvvigionamento, latente e grave carenza, rispettivamente. La deprivazione di Fe accresceva il contenuto radicale di cisteina, indipendentemente dal rifornimento di S. Tuttavia, questo aumento non era associato con tassi più elevati di assorbimento di 35SO42- o aumentata espressione del gene per il trasportatore del solfato ad alta affinità, HvST1, e queste radici non riuscivano ad incrementare la loro attività ATP sulfurilasica (ATPS) e O-acetlserine(tiol)-liasica (OASTL). Abbiamo osservato un significativo aumento del tasso di assorbimento (35E42- +76%) solo in piante S1 Fe-carenti S1 ed abbiamo trovato un aumento di attività ATPS nella radice solo nelle piante S0. Abbiamo osservato un incremento di attività dell'enzima ATPS in foglie di piante S1 e S2, molto probabilmente dovuto ad un aumento di assimilazione di S, seguita da traslocazione di tioli (Cys) alla radice. Presi insieme, i nostri risultati suggeriscono che la Fe-carenza influenzi la ripartizione dal fusto alla radice del pool di S ridotto e possa inoltre influenzare assorbimento di SO42- in condizioni di ridotto rifornimento di S.