植物每年通过光合作用在叶绿体中固定约2580亿吨二氧化碳。叶绿体维持正常功能需要多种矿物质，尤其是铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）和锌（Zn）等金属离子。研究人员指出，一旦离子稳态被打破，光合作用可能受损，进而影响植物生长与产量。

由慕尼黑、波鸿、哥伦比亚（密苏里州）和萨尔布吕肯研究人员组成的团队在LMU生物学家Hans-Henning Kunz教授带领下，对多种植物叶绿体的“离子组学”（叶绿体中金属离子的总体组成）进行了系统表征。相关成果已发表在《The Plant Cell》。

研究团队表示，当前关于叶绿体离子稳态的分子机制仍有不少未知，而推进相关研究的关键之一在于更充分地描绘叶绿体离子组学。为此，研究人员比较了模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）以及另外三种植物——金属超积累植物阿拉伯芥（Arabidopsis halleri）、豌豆（Pisum sativum）和烟草（Nicotiana benthamiana）——在叶绿体与叶片层面的元素组成，并分析不同物种之间的共性与差异。

研究第一作者Lorenz Holzner称，结果显示各物种叶绿体中的金属浓度整体相当接近。即便在金属超积累植物A. halleri中，其叶片组织的锌含量约为其他物种的23倍，但叶绿体中的锌含量仍与其他植物大致相当。研究人员据此认为，植物可能将叶绿体内金属含量控制在一定范围，以降低过量金属对光合作用的潜在影响。

研究同时发现，铁离子表现出一定例外：A. halleri叶绿体中的铁含量为拟南芥的两倍。团队因此以铁为切入点，进一步检验叶绿体离子组学是否可通过基因层面的改变进行调控。

Holzner表示，研究发现某些铁运输蛋白的突变会使叶绿体内铁含量增加14倍。作者推测，叶绿体中过量铁可能被特定铁储存蛋白——铁蛋白（ferritin）——固定；在缺失铁蛋白的突变体中，叶绿体铁含量则显著下降。

Kunz指出，这些结果表明在铁蛋白作用下，叶绿体可能转变为较大的铁储存库。研究团队认为，上述发现为进一步阐明叶绿体矿物质稳态调控机制提供了基础，也为探索新的生物技术路径提供了起点，包括增强植物抗逆性、提高产量，以及按需求调整食物营养成分等方向。