Iron deficiency tolerance traits in wild (Hordeum maritimum) and cultivated barley (Hordeum vulgare)

Phytosiderophores (PS) are Fe(III)-solubilizing compounds released by Poaceae roots under iron deficiency conditions. Several studies focused on the capacity of these plants to secrete PS as a center of their iron deficiency tolerance, and little information is available on other traits such as root/shoot biomass ratios, iron use efficiency, photosynthetic activity, and iron mobilization capacity that might also contribute to iron deficiency tolerance. In this study, we evaluated some traits other than PS release capacity that could be responsible for differences in iron deficiency tolerance in two barley species, Hordeum maritimum and Hordeum vulgare. Results showed that under iron starvation, biomass production was affected in both species, but H. maritimum kept higher root/shoot ratios due to the distribution efficiency of carbohydrates within the plant and the growth flexibility of its organs. Both species responded to iron starvation by an early release of PS, but they differed in their secretion capacity. In cultivated barley, the PS release rate was 1.5–2-fold higher than that of wild barley. This behavior was also concomitant with no modification in shoot iron concentration of the latter, which may lead to a low stimulation of its PS release as compared to the former. The amount of Fe3+ mobilized by root exudates was determined at different pH values (between 5.6 and 8.6). Results showed a decrease in the mobilization capacity with the increasing pH, mainly in H. vulgare. At 8.6, it was reduced by 50% in H. vulgare and 30% in H. maritimum. These data suggest that differences in Poaceae tolerance to iron deficiency is attributed not only to PS secretion capacity, but also to carbohydrate distribution within the plant, Fe use efficiency, and root exudates capacity to mobilize Fe(III). To cite this article: S. Yousfi et al., C. R. Biologies 332 (2009).

RésuméLes phytosidérophores (PS) sont des chélateurs naturels du fer libérés par les racines de Poaceae dans les conditions de déficience ferrique. Plusieurs études se sont intéressées à la capacité sécrétrice des PS par ces plantes comme centre de tolérance au stress, mais les données qui se rapportent aux autres traits, tels que le rapport racines/parties aériennes (R/PA), l'efficacité d'utilisation du fer, l'activité photosynthétique et la capacité de mobilisation du fer à partir du sol, sont rares. Dans cette étude, nous avons évalué quelques traits autres que la capacité d'exsudation de PS qui pourraient être responsables des différences de tolérance à la déficience ferrique chez deux espèces d'orge ; Hordeum maritimum et Hordeum vulgare. Les résultats ont montré qu'en condition de déficience ferrique, la production de biomasse a été affectée chez les deux espèces, mais H. maritimum a maintenu un rapport R/PA plus élevé et ceci est dû à l'efficacité de distribution des sucres solubles au sein de la plante et à la flexibilité de croissance de ses organes. Les deux espèces ont répondu au stress par une libération précoce de PS, néanmoins, une différence de la capacité de sécrétion a été décelée. Chez l'orge cultivée (H. vulgare), le taux d'exsudation de PS s'est avéré 1,5–2 fois plus élevé que celui de l'orge maritime (H. maritimum). Chez cette dernière, e comportement a été associé à l'absence de modification de la teneur en fer au niveau des parties aériennes, ce qui explique en partie sa faible vitesse de libération de PS par rapport à l'orge cultivée. La quantité de Fe3+ mobilisée par des exsudats racinaires a été déterminée à une gamme de pH variant entre 5,6 et 8,6. Les résultats ont montré que l'augmentation du pH a entraîné une diminution de la capacité de mobilisation de Fe3+, particulièrement chez H. vulgare. À pH 8,6, elle a été réduite de 50 % chez H. vulgare et 30 % chez H. maritimum. Ces données suggèrent que les différences de tolérance des espèces de Poaceae à la déficience ferrique ne sont pas attribuées seulement à la capacité de sécrétion de PS, mais également, à une distribution adéquate du carbone entre les différents organes, l'efficacité des plantes à utiliser le fer et la capacité des exsudats racinaires à mobiliser Fe(III). Pour citer cet article : S. Yousfi et al., C. R. Biologies 332 (2009).