Altered expression of polyamine transporters reveals a role for spermidine in the timing of flowering and other developmental response pathways

Resumo

As mudanças nos níveis de poliaminas estão correlacionadas com a ativação ou repressão de vias de resposta ao desenvolvimento, mas o papel dos transportadores de poliaminas na regulação da homeostase das poliaminas e, portanto, indiretamente da expressão gênica, não havia sido abordado anteriormente. Aqui, mostramos que os transportadores de A. thaliana e arroz AtPUT5 e OsPUT1 foram localizados no RE, enquanto AtPUT2, AtPUT3 e OsPUT3 foram localizados no cloroplasto por expressão transitória em N. benthamiana. Plantas de A. thaliana transformadas com OsPUT1 sob o controle do promotor PUT5 tiveram a floração atrasada em 16 dias. Em contraste, mutantes put5 floresceram quatro dias antes do que as plantas WT. O atraso da floração foi associado a níveis significativamente mais elevados de espermidina e conjugados de espermidina nas folhas antes da floração. Um atraso semelhante na floração também foi observado em linhagens transgênicas com expressão constitutiva de OsPUT1 ou OsPUT3. Todas as três linhagens transgênicas apresentaram folhas em roseta maiores, caules florais mais espessos e produziram mais síliquas do que as plantas do tipo selvagem. Em contraste, as plantas put5 tinham folhas menores, caules florais mais finos e produziam menos síliquas. A expressão constitutiva de PUTs também foi associada a um atraso extremo na senescência da planta e na taxa de maturação das síliquas. Esses experimentos fornecem a primeira evidência genética do transporte de poliaminas no tempo de floração e indicam a importância dos transportadores de poliaminas na regulação das vias de floração e senescência.

Abstract

Changes in the levels of polyamines are correlated with the activation or repression of developmental response pathways, but the role of polyamine transporters in the regulation of polyamine homeostasis and thus indirectly gene expression, has not been previously addressed. Here we show that the A. thaliana and rice transporters AtPUT5 and OsPUT1 were localized to the ER, while the AtPUT2, AtPUT3, and OsPUT3 were localized to the chloroplast by transient expression in N. benthamiana. A. thaliana plants that were transformed with OsPUT1 under the control the PUT5 promoter were delayed in flowering by 16 days. In contrast, put5 mutants flowered four days earlier than WT plants. The delay of flowering was associated with significantly higher levels of spermidine and spermidine conjugates in the leaves prior to flowering. A similar delay in flowering was also noted in transgenic lines with constitutive expression of either OsPUT1 or OsPUT3. All three transgenic lines had larger rosette leaves, thicker flowering stems, and produced more siliques than wild type plants. In contrast, put5 plants had smaller leaves, thinner flowering stems, and produced fewer siliques. Constitutive expression of PUTs was also associated with an extreme delay in both plant senescence and maturation rate of siliques. These experiments provide the first genetic evidence of polyamine transport in the timing of flowering, and indicate the importance of polyamine transporters in the regulation of flowering and senescence pathways.