Identification and characterization of the Arabidopsis PHO1 gene involved in phosphate loading to the xylem

Resumo

O mutante pho1 de Arabidopsis é deficiente na transferência de Pi das células epidérmicas e corticais da raiz para o xilema. O gene PHO1 foi identificado por uma estratégia de clonagem baseada em mapas. A metade N-terminal do PHO1 é principalmente hidrofílica, enquanto a metade C-terminal tem seis domínios potenciais de expansão de membrana. O PHO1 não apresenta homologia com nenhum transportador de soluto caracterizado, incluindo a família de cotransportadores H+-Pi identificados em plantas e fungos. O PHO1 apresenta a maior homologia com o receptor de mamíferos Rcm1 para retrovírus de leucemia murina xenotrópica e com a proteína Syg1 de Saccharomyces cerevisiae envolvida na via de transdução de sinal do feromônio de acasalamento. A PHO1 é expressa predominantemente nas raízes e é fracamente regulada positivamente sob estresse de Pi. Estudos com construções do promotor PHO1-β-glucuronidase revelam a expressão predominante do promotor PHO1 nas células estelares da raiz e na parte inferior do hipocótilo. Também há coloração de β-glucuronidase nas células endodérmicas adjacentes aos vasos do protoxilema. O genoma da Arabidopsis contém outros 10 genes que apresentam homologia com o PHO1. Assim, o PHO1 define uma nova classe de proteínas envolvidas no transporte de íons em plantas.

Abstract

The Arabidopsis mutant pho1 is deficient in the transfer of Pi from root epidermal and cortical cells to the xylem. The PHO1 gene was identified by a map-based cloning strategy. The N-terminal half of PHO1 is mainly hydrophilic, whereas the C-terminal half has six potential membrane-spanning domains. PHO1 shows no homology with any characterized solute transporter, including the family of H⁺-Pi cotransporters identified in plants and fungi. PHO1 shows highest homology with the Rcm1 mammalian receptor for xenotropic murine leukemia retroviruses and with the Saccharomyces cerevisiae Syg1 protein involved in the mating pheromone signal transduction pathway. PHO1 is expressed predominantly in the roots and is upregulated weakly under Pi stress. Studies with PHO1 promoter–β-glucuronidase constructs reveal predominant expression of the PHO1 promoter in the stelar cells of the root and the lower part of the hypocotyl. There also is β-glucuronidase staining of endodermal cells that are adjacent to the protoxylem vessels. The Arabidopsis genome contains 10 additional genes showing homology with PHO1. Thus, PHO1 defines a novel class of proteins involved in ion transport in plants.