A Protein Kinase, Interacting with Two Calcineurin B-like Proteins, Regulates K+ Transporter AKT1 in Arabidopsis

Resumo

O potássio é um elemento mineral essencial para o crescimento e o desenvolvimento das plantas. Embora se saiba que as plantas absorvem e transportam K+ por meio de transportadores de membrana, ainda não está claro como esses transportadores são regulados. Aqui mostramos que a proteína quinase CIPK23, codificada pelo gene LKS1, regula a absorção de K+ em condições de baixo K+. A lesão do LKS1 reduziu significativamente a absorção de K+ e causou clorose nas folhas e inibição do crescimento, enquanto a superexpressão do LKS1 aumentou significativamente a absorção de K+ e a tolerância ao baixo teor de K+. Demonstramos que a CIPK23 fosforila diretamente o transportador de K+ AKT1 e descobrimos ainda que a CIPK23 é ativada pela ligação de duas proteínas semelhantes à calcineurina B, CBL1 e CBL9. Propomos um modelo no qual a via CBL1/9-CIPK23 garante a ativação do AKT1 e o aumento da captação de K+ em condições de baixo K+.

Abstract

Potassium is an essential mineral element for plant growth and development. Although it is known that plants absorb and transport K⁺ through membrane transporters, it remains unclear how these transporters are regulated. Here we show that the protein kinase CIPK23, encoded by the LKS1 gene, regulates K⁺ uptake under low-K⁺ conditions. Lesion of LKS1 significantly reduced K⁺ uptake and caused leaf chlorosis and growth inhibition, whereas overexpression of LKS1 significantly enhanced K⁺ uptake and tolerance to low K⁺. We demonstrate that CIPK23 directly phosphorylates the K⁺ transporter AKT1 and further find that CIPK23 is activated by the binding of two calcineurin B-like proteins, CBL1 and CBL9. We propose a model in which the CBL1/9–CIPK23 pathway ensures activation of AKT1 and enhanced K⁺ uptake under low-K⁺ conditions.