Humic acid differentially improves nitrate kinetics under lowand high-affinity systems and alters the expression of plasma membrane H+-ATPases and nitrate transporters in rice

Resumo

Ácidos húmicos (AHs) têm grande efeito sobre a absorção de nutrientes, metabolismo, crescimento e desenvolvimento nas plantas. Aqui, avaliamos o efeito do pré-tratamento com AHs aplicadas com uma solução nutritiva sobre a cinética de absorção do nitrato (N-NO3-) e o metabolismo do nitrogênio (N) em arroz sob condições de alto e baixo aporte de NO3-. Além disso, foram examinados os parâmetros cinéticos de absorção de NO3-, metabólitos N e transportadores de nitrato (NRTs) e a expressão do gene da membrana plasmática (PM) H+-ATPase. As plantas foram cultivadas em câmara de crescimento com solução de Hoagland e Arnon modificada até 21 dias após a germinação (DAG) e,  foram então transferidas para uma solução sem N por 48 h e, depois para outra solução sem N e com e sem adição de AHs por mais 48h. Após esse período de privação de N, as plantas receberam novas soluções nutritivas contendo 0,2 e 2,0 mM de N-NO3-. O tratamento de plantas de arroz com AHs promoveu a indução dos genes OsNRT2.1-2.2/OsNAR2.1 e algumas isoformas PM H+-ATPase nas raízes. A aplicação de AHs alterou diferencialmente os parâmetros da cinética de absorção do NO3- em ambas as concentrações. Quando cultivadas com 0,2 mM de NO3-, as plantas pré-tratadas com AHs apresentaram menores valores de Km e Cmin, bem como maior relação Vmax/Km. Quando cultivadas com 2 mM NO3-, as plantas pré-tratadas com AHs apresentaram maior valor de Vmax, maior massa de raiz e parte aérea e menor relação raiz/parte aérea. As frações de N também foram alteradas pelo pré-tratamento com AHs e, um maior acúmulo de NO3- e N-amino foi observado nas raízes e na parte aérea das plantas pré-tratadas com AHs, respectivamente. Os resultados sugerem que o pré-tratamento com AHs modifica a morfologia radicular e a expressão gênica de PM H+-ATPases e transportadores de NO3-, resultando em maior eficiência de aquisição de NO3- por sistemas de alta e baixa afinidade.

 

Abstract

Humic acids (HAs) have a major effect on nutrient uptake, metabolism, growth and development in plants. Here, we evaluated the effect of HA pretreatment applied with a nutrient solution on the uptake kinetics of nitrate nitrogen (N-NO3−) and the metabolism of nitrogen (N) in rice under conditions of high and low NO3− supply. In addition, the kinetic parameters of NO3− uptake, N metabolites, and nitrate transporters (NRTs) and the plasma membrane (PM) H+-ATPase gene expression were examined. The plants were grown in a growth chamber with modified Hoagland and Arnon solution until 21 days after germination (DAG), and they were then transferred to a solution without N for 48 h and then to another solution without N and with and without the addition of HAs for another 48 h. After this period of N deprivation, the plants received new nutrient solutions containing 0.2 and 2.0 mM N-NO3−. Treatment of rice plants with HA promoted the induction of the genes OsNRT2.1-2.2/OsNAR2.1 and some isoforms PM H+-ATPase in roots. The application of HAs differentially modified the parameters of the uptake kinetics of NO3− under both concentrations. When grown with 0.2 mM NO3−, the plants pretreated with HA had lower Km and Cmin values as well as a higher Vmax/Km ratio. When grown with 2 mM NO3−, the plants pretreated with HA had a higher Vmax value, a greater root and shoot mass, and a lower root/shoot ratio. The N fractions were also altered by pretreatment with HA, and a greater accumulation of NO3− and N-amino was observed in the roots and shoots, respectively, of plants pretreated with HA. The results suggest that pretreatment with HA modifies root morphology and gene expression of PM H+-ATPases and NO3− transporters, resulting in a greater efficiency of NO3− acquisition by high- and low-affinity systems.