The AtIREGs - characterization of a new family of metal transporters in Arabidopsis thaliana

Abstract

Essential transition metals are required in all plant cells for the activities of numerous metal-dependent enzymes and proteins, but can become toxic when present in excess. For the detoxification of heavy metals and to adjust to changes in micronutrient concentrations in the environment, plants possess a tightly controlled metal homeostasis network. In this regard, transition metal transporters are of central importance. Many metal transporters have already been identified, but a large number of candidates for heavy metal transport proteins still have to be analyzed at the biochemical level and within the plant metal homeostasis network. Based on the description of the animal IREG1 metal transporter as an iron exporter in vertebrates, a phylogenetic analysis of eukaryote and prokaryote sequences with similarity to IREG1 showed three homologous genes in Arabidopsis, which were named AtIREG1, AtIREG2 and AtIREG3. As these AtIREG family members were candidates for yet uncharacterized metal transporters, the main objective of this thesis was to investigate the physiological function of this newly identified transporter family in plants.

Essentielle Übergangsmetalle werden für die Aktivität zahlreicher metallabhängiger Enzyme und Proteine in allen pflanzlichen Zellen benötigt. Wenn sie im Überschuss vorhanden sind können diese Metalle jedoch toxisch wirken. Um Schwermetalle zu entgiften und um Veränderungen in Mikronährstoff-Konzentrationen in der Umwelt auszugleichen, besitzen Pflanzen ein streng kontrolliertes Homöostase-Netzwerk. In diesem Zusammenhang spielen besonders Metalltransporter eine wichtige Rolle. Viele Metalltransporter wurden bereits identifiziert, es gibt jedoch eine Reihe von Kandidaten für putative Metalltransport-Proteine, die noch auf biochemischer Ebene und innerhalb des pflanzlichen Metallhomöostase-Netzwerks analysiert werden müssen. Basierend auf der Entdeckung des tierischen IREG1 Metalltransporters, der in Vertebraten eine Funktion im Eisenexport besitzt, wurde eine phylogenetische Analyse eukaryotischer und prokaryotischer Sequenzen mit Ähnlichkeiten zu IREG1 durchgeführt. Dadurch konnten drei homologe Gene in Arabidopsis identifiziert werden, die daraufhin AtIREG1, AtIREG2 und AtIREG3 genannt wurden. Da diese Mitglieder der AtIREG Genfamilie Kandidaten für bisher uncharakterisierte Metalltransporter sind, war es das Hauptziel der vorliegenden Arbeit, die physiologische Funktion dieser neu identifizierten Transporterfamilie in Pflanzen zu untersuchen.