Arabidopsis Pht1;5 mobilizes phosphate between source and sink organs and influences the interaction between phosphate homeostasis and ethylene signaling
Resumo
A remobilização do fósforo (P) nas plantas é necessária para o crescimento e desenvolvimento contínuos. O transportador inorgânico de Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) fosfato (Pi) Pht1;5 tem sido implicado na mobilização de Pi armazenado de folhas mais velhas. Neste estudo, usamos uma abordagem genética reversa para estudar o papel de Pht1;5 na homeostase de Pi. Sob condições de baixo Pi, a perda da função (pht1;5-1) resultou em alocação reduzida de P para brotações e níveis elevados de transcrição para vários genes Pi de resposta à inanição. Sob condições de Pi-repleta, pht1;5-1 apresentou maior conteúdo de P em broto em comparação com o tipo selvagem, mas apresentou menor teor de P nas raízes. A superexpressão constitutiva de Pht1;5 teve o efeito oposto na distribuição de P: níveis mais baixos de P nas brotações em comparação com o tipo selvagem, mas maior teor de P nas raízes. Pht1;5 superexpressão também resultou em alteração da remobilização de Pi, como evidenciado por um aumento superior a 2 vezes no acúmulo de Pi em sílices, senescência prematura e aumento nos níveis de transcritos dos genes envolvidos na eliminação de Pi. Além disso, os superexpressores de Pht1;5 exibiram maior formação de pelos radiculares e menor crescimento primário das raízes que poderiam ser resgatados pela aplicação de nitrato de prata (inibidor da percepção do etileno) ou aminoethoxivinilglicina (inibidor da biossíntese de etileno), respectivamente. Em conjunto, esses dados indicam que Pht1;5 desempenha um papel crítico na mobilização de Pi da fonte P para os órgãos de acordo com as pistas de desenvolvimento e o status P. O estudo também fornece evidências de uma ligação entre as vias de sinalização Pi e etileno.
Abstract
Phosphorus (P) remobilization in plants is required for continuous growth and development. The Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) inorganic phosphate (Pi) transporter Pht1;5 has been implicated in mobilizing stored Pi out of older leaves. In this study, we used a reverse genetics approach to study the role of Pht1;5 in Pi homeostasis. Under low-Pi conditions, Pht1;5 loss of function (pht1;5-1) resulted in reduced P allocation to shoots and elevated transcript levels for several Pi starvation-response genes. Under Pi-replete conditions, pht1;5-1 had higher shoot P content compared with the wild type but had reduced P content in roots. Constitutive overexpression of Pht1;5 had the opposite effect on P distribution: namely, lower P levels in shoots compared with the wild type but higher P content in roots. Pht1;5 overexpression also resulted in altered Pi remobilization, as evidenced by a greater than 2-fold increase in the accumulation of Pi in siliques, premature senescence, and an increase in transcript levels of genes involved in Pi scavenging. Furthermore, Pht1;5 overexpressors exhibited increased root hair formation and reduced primary root growth that could be rescued by the application of silver nitrate (ethylene perception inhibitor) or aminoethoxyvinylglycine (ethylene biosynthesis inhibitor), respectively. Together, these data indicate that Pht1;5 plays a critical role in mobilizing Pi from P source to sink organs in accordance with developmental cues and P status. The study also provides evidence for a link between Pi and ethylene signaling pathways.
V. K. Nagarajan
A. Jain
M. D. Poling
A. J. Lewis
K. G. Raghothama
A. P. Smith
2011 - Plant Physiology
