BvCOLD1: A novel aquaporin from sugar beet (Beta vulgaris L.) involved in boron homeostasis and abiotic stress

Resumo

Beta vulgaris (beterraba sacarina) é uma das culturas industriais mais importantes. A triagem de uma biblioteca de cDNA para genes de beterraba sacarina capazes de conferir tolerância ao frio após superexpressão em levedura identificou uma nova aquaporina, que denominamos BvCOLD1. A sequência de aminoácidos do BvCOLD1 indicou que uma proteína ácida (pI 5,18) é semelhante às aquaporinas da proteína intrínseca do tonoplasto. A análise da expressão de RNA indicou que o BvCOLD1 é expresso em todos os órgãos da beterraba sacarina. A microscopia confocal de uma versão marcada com proteína verde fluorescente localizou BvCOLD1 no retículo endoplasmático em leveduras e em células vegetais. Experimentos em leveduras mostraram que o BvCOLD1 tem papel importante no transporte de diversas moléculas, entre elas está o boro, um dos micronutrientes mais limitantes para o cultivo da beterraba sacarina. Plantas transgênicas de Arabidopsis thaliana superexpressando BvCOLD1 mostraram maior tolerância ao frio, a diferentes estresses abióticos e à deficiência de boro em diferentes estágios de desenvolvimento. Pesquisas em bancos de dados recuperaram apenas ortólogos BvCOLD1 em genomas de Chenopodioideae, uma subfamília da família Amaranthaceae que inclui a cultura intimamente relacionada Spinacea oleracea e plantas halotolerantes, como Salicornia herbacea ou Suaeda glauca. Os ortólogos compartilham uma sequência conservada no terminal carboxilo, não presente em outras aquaporinas, que é necessária para a funcionalidade da proteína.
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Abstract

Beta vulgaris (sugar beet) is one of the most important industrial crops. Screening of a cDNA library for sugar beet genes able to confer cold tolerance upon overexpression in yeast identified a novel aquaporin, which we named BvCOLD1. The amino acid sequence of BvCOLD1 indicated that an acidic protein (pI 5.18) is similar to tonoplast intrinsic protein aquaporins. RNA expression analysis indicated that BvCOLD1 is expressed in all sugar beet organs. Confocal microscopy of a green fluorescent protein-tagged version localized BvCOLD1 in the endoplasmic reticulum in yeast and in plant cells. Experiments in yeast showed that BvCOLD1 has an important role in transporting several molecules, among them is boron, one of the most limiting micronutrients for sugar beet cultivation. Transgenic Arabidopsis thaliana plants overexpressing BvCOLD1 showed enhanced tolerance to cold, to different abiotic stresses, and to boron deficiency at different developmental stages. Searches in databases only retrieved BvCOLD1 orthologues in genomes from the Chenopodioideae, a subfamily of the Amaranthaceae family that includes the closely related crop Spinacea oleracea and halotolerant plants such as Salicornia herbacea or Suaeda glauca. Orthologues share a conserved sequence in the carboxy terminus, not present in other aquaporins, which is required for the functionality of the protein.