Nitrate signaling promotes plant growth by upregulating gibberellin biosynthesis and destabilization of DELLA proteins

Resumo

O nitrato, uma das principais fontes de nitrogênio (N) para as culturas, atua como um nutriente e molécula de sinalização chave que coordena a expressão gênica, o metabolismo e vários processos de crescimento ao longo do ciclo de vida da planta. É amplamente aceito que os programas de desenvolvimento desencadeados pelo nitrato cooperam com a síntese e o transporte de hormônios para adaptar finamente a arquitetura da planta à disponibilidade de N. Aqui, relatamos que o nitrato, agindo por meio de sua via de sinalização, promove o crescimento em Arabidopsis e trigo, em parte modulando o acúmulo de repressores de crescimento DELLA regulados por giberelina (GA). Mostramos que o nitrato reduz a abundância de DELLAs aumentando o conteúdo de GA através da ativação da expressão de genes do metabolismo de GA. Consistentemente, a restrição de crescimento conferida pela deficiência de nitrato é parcialmente resgatada no mutante global-DELLA, que não possui todas as DELLAs. No nível celular, mostramos que o nitrato aumenta tanto a proliferação quanto o alongamento celular de maneira dependente e independente de DELLA, respectivamente. Nossas descobertas estabelecem uma conexão entre as vias de sinalização do nitrato e da GA que permitem que as plantas adaptem seu crescimento à disponibilidade de nitrato.

Abstract

Nitrate, one of the main nitrogen (N) sources for crops, acts as a nutrient and key signaling molecule coordinating gene expression, metabolism, and various growth processes throughout the plant life cycle. It is widely accepted that nitrate-triggered developmental programs cooperate with hormone synthesis and transport to finely adapt plant architecture to N availability. Here, we report that nitrate, acting through its signaling pathway, promotes growth in Arabidopsis and wheat, in part by modulating the accumulation of gibberellin (GA)-regulated DELLA growth repressors. We show that nitrate reduces the abundance of DELLAs by increasing GA contents through activation of GA metabolism gene expression. Consistently, the growth restraint conferred by nitrate deficiency is partially rescued in global-DELLA mutant that lacks all DELLAs. At the cellular level, we show that nitrate enhances both cell proliferation and elongation in a DELLA-dependent and -independent manner, respectively. Our findings establish a connection between nitrate and GA signaling pathways that allow plants to adapt their growth to nitrate availability.