Artigo

K+ uptake in plant roots. The systems involved, their regulation and parallels in other organisms

Resumo

O potássio (K+) é um macronutriente essencial para as plantas. Ele é levado para a planta pelos sistemas de transporte presentes nas membranas plasmáticas das células epidérmicas e corticais da raiz. A identidade desses sistemas e sua regulação estão começando a ser compreendidas e os sistemas de transporte de K+ na espécie modelo Arabidopsis thaliana permanecem muito mais bem caracterizados do que em qualquer outra espécie de planta. As raízes podem ativar diferentes sistemas de captação de K+ para se adaptar ao ambiente, o que é importante para um organismo séssil que precisa lidar com um ambiente altamente variável. Os mecanismos de aquisição de K+ na espécie modelo A. thaliana são os mais bem caracterizados em nível molecular até o momento. De acordo com o modelo atual, os canais não seletivos são provavelmente as principais vias de captação de K+ em altas concentrações (>10 mM), enquanto em concentrações intermediárias (1 mM), o canal retificador interno AKT1 domina a captação de K+. Em concentrações mais baixas de K+ externo (100 μM), os canais AKT1, juntamente com o sistema de captação de K+ de alta afinidade HAK5, contribuem para a aquisição de K+ e, em concentrações extremamente baixas (<10 μM), o único sistema capaz de captar K+ é o HAK5. Dependendo da espécie, o sistema de alta afinidade foi denominado HAK5 ou HAK1, mas em todos os casos ele cumpre as mesmas funções. A ativação desses sistemas em função da disponibilidade de K+ é obtida por diferentes mecanismos que incluem a fosforilação de AKT1 ou a indução da transcrição de HAK5. Algumas das características dos sistemas de captação de K+ da raiz são compartilhadas por outros organismos, enquanto outras são específicas das plantas. Isso indica que algumas propriedades cruciais do ancestral dos sistemas de transporte de K+ foram conservadas ao longo da evolução, enquanto outras divergiram entre os diferentes reinos.

Abstract

Potassium (K⁺) is an essential macronutrient for plants. It is taken into the plant by the transport systems present in the plasma membranes of root epidermal and cortical cells. The identity of these systems and their regulation is beginning to be understood and the systems of K⁺ transport in the model species Arabidopsis thaliana remain far better characterized than in any other plant species. Roots can activate different K⁺ uptake systems to adapt to their environment, important to a sessile organism that needs to cope with a highly variable environment. The mechanisms of K⁺ acquisition in the model species A. thaliana are the best characterized at the molecular level so far. According to the current model, non-selective channels are probably the main pathways for K⁺ uptake at high concentrations (>10 mM), while at intermediate concentrations (1 mM), the inward rectifying channel AKT1 dominates K⁺ uptake. Under lower concentrations of external K⁺ (100 μM), AKT1 channels, together with the high-affinity K⁺ uptake system HAK5 contribute to K⁺ acquisition, and at extremely low concentrations (<10 μM) the only system capable of taking up K⁺ is HAK5. Depending on the species the high-affinity system has been named HAK5 or HAK1, but in all cases it fulfills the same functions. The activation of these systems as a function of the K⁺ availability is achieved by different mechanisms that include phosphorylation of AKT1 or induction of HAK5 transcription. Some of the characteristics of the systems for root K⁺ uptake are shared by other organisms, whilst others are specific to plants. This indicates that some crucial properties of the ancestral of K⁺ transport systems have been conserved through evolution while others have diverged among different kingdoms.

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M. Nieves-Cordones
F. Alemán
V. Martínez
F. Rubio

2014 - Journal of Plant Physiology

Palavras-chave:

Canal, potássio, regulação, transportador, captação

Termos de indexação:

Expressão gênica, absorção radicular, transporte de íons, macronutrientes, evolução

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