Aquaporin-mediated long-distance polyphosphate translocation directed towards the host in arbuscular mycorrhizal symbiosis: application of virus-induced gene silencing

Resumo

Os fungos micorrízicos arbusculares translocam o polifosfato por meio de hifas em uma longa distância para fornecer ao hospedeiro. Há mais de três décadas, descobriu-se que a supressão da transpiração do hospedeiro desacelera o fornecimento de fosfato do simbionte fúngico, o que nos levou a levantar a hipótese de que a transpiração fornece uma força motriz primária para a translocação de polifosfato, provavelmente por meio da criação de um fluxo de água hifal no qual a(s) aquaporina(s) fúngica(s) pode(m) estar envolvida(s).

Foi avaliado o impacto da supressão da transpiração na translocação de polifosfato por meio de hifas de Rhizophagus clarus. Um gene de aquaporina expresso em micélios intrarradiculares foi caracterizado e anulado por silenciamento gênico induzido por vírus para investigar o envolvimento do gene na translocação de polifosfato.

A aquaporina 3 de Rhizophagus clarus (RcAQP3), que foi mais altamente expressa em micélios intrarradicais, codifica uma aquagliceroporina responsável pelo transporte de água através da membrana plasmática. O knock-down da RcAQP3 e a supressão da transpiração do hospedeiro desaceleraram a translocação de polifosfato em proporção aos níveis de knock-down e supressão, respectivamente.

Esses resultados fornecem a primeira visão do mecanismo subjacente à translocação de polifosfato de longa distância em associações micorrízicas em nível molecular, em que a transpiração do hospedeiro e a aquaporina fúngica desempenham papéis fundamentais. Um modelo hipotético da translocação é proposto para elucidar melhor o mecanismo.

Abstract

Arbuscular mycorrhizal fungi translocate polyphosphate through hyphae over a long distance to deliver to the host. More than three decades ago, suppression of host transpiration was found to decelerate phosphate delivery of the fungal symbiont, leading us to hypothesize that transpiration provides a primary driving force for polyphosphate translocation, probably via creating hyphal water flow in which fungal aquaporin(s) may be involved.

The impact of transpiration suppression on polyphosphate translocation through hyphae of Rhizophagus clarus was evaluated. An aquaporin gene expressed in intraradical mycelia was characterized and knocked down by virus-induced gene silencing to investigate the involvement of the gene in polyphosphate translocation.

Rhizophagus clarus aquaporin 3 (RcAQP3) that was most highly expressed in intraradical mycelia encodes an aquaglyceroporin responsible for water transport across the plasma membrane. Knockdown of RcAQP3 as well as the suppression of host transpiration decelerated polyphosphate translocation in proportion to the levels of knockdown and suppression, respectively.

These results provide the first insight into the mechanism underlying long-distance polyphosphate translocation in mycorrhizal associations at the molecular level, in which host transpiration and the fungal aquaporin play key roles. A hypothetical model of the translocation is proposed for further elucidation of the mechanism.