The Ubiquitin E3 Ligase PRU1 Regulates WRKY6 Degradation to Modulate Phosphate Homeostasis in Response to Low-Pi Stress in Arabidopsis

Resumo

Como o fósforo é um nutriente essencial para as plantas, elas desenvolveram vários mecanismos de adaptação para responder às mudanças no suprimento de fosfato (Pi). Anteriormente, relatamos que o fator de transcrição WRKY6 modula a homeostase do Pi por meio da regulação negativa da expressão de PHOSPHATE1 (PHO1) e que o WRKY6 é degradado durante a privação de Pi em Arabidopsis thaliana. Entretanto, o mecanismo molecular subjacente à degradação do WRKY6 induzida por baixo Pi era desconhecido. Aqui, relatamos que uma ubiquitina E3 ligase (PHOSPHATE RESPONSE UBIQUITIN E3 LIGASE1, PRU1), modula os níveis de proteína WRKY6 em resposta ao estresse de baixo Pi. Um mutante pru1 foi mais sensível do que o tipo selvagem às condições de deficiência de Pi, exibindo um conteúdo reduzido de Pi na parte aérea, semelhante ao mutante pho1-2 e à linha de superexpressão de WRKY6. A PRU1 interagiu com a WRKY6 in vitro e in vivo. Sob estresse de baixo Pi, a ubiquitinação e a subsequente degradação de WRKY6, bem como o consequente aumento da expressão de PHO1, foram prejudicados em pru1. As linhas de complementação PRU1 não apresentaram diferenças óbvias em comparação com as plantas do tipo selvagem. Outras análises genéticas mostraram que a interrupção do WRKY6 aboliu a sensibilidade de baixo Pi do pru1, indicando que o WRKY6 funcionava a jusante do PRU1. Em conjunto, este estudo revela um mecanismo pelo qual a PRU1 modula a homeostase do Pi, regulando a abundância de WRKY6 em resposta ao estresse de baixo Pi em Arabidopsis.

Abstract

Since phosphorus is an essential nutrient for plants, plants have evolved a number of adaptive mechanisms to respond to changes in phosphate (Pi) supply. Previously, we reported that the transcription factor WRKY6 modulates Pi homeostasis by downregulating PHOSPHATE1 (PHO1) expression and that WRKY6 is degraded during Pi starvation in Arabidopsis thaliana. However, the molecular mechanism underlying low-Pi-induced WRKY6 degradation was unknown. Here, we report that a ubiquitin E3 ligase, PHOSPHATE RESPONSE UBIQUITIN E3 LIGASE1 (PRU1), modulates WRKY6 protein levels in response to low-Pi stress. A pru1 mutant was more sensitive than the wild type to Pi-deficient conditions, exhibiting a reduced Pi contents in the shoot, similar to the pho1-2 mutant and WRKY6-overexpressing line. PRU1 interacted with WRKY6 in vitro and in vivo. Under low-Pi stress, the ubiquitination and subsequent degradation of WRKY6, as well as the consequential enhancement of PHO1 expression, were impaired in pru1. PRU1 complementation lines displayed no obvious differences compared with wild-type plants. Further genetic analysis showed that disruption of WRKY6 abolished the low-Pi sensitivity of pru1, indicating that WRKY6 functioned downstream of PRU1. Taken together, this study uncovers a mechanism by which PRU1 modulates Pi homeostasis, through regulating the abundance of WRKY6 in response to low-Pi stress in Arabidopsis.