Root zone–specific localization of AMTs determines ammonium transport pathways and nitrogen allocation to shoots
Resumo
Nas plantas, o fornecimento de nutrientes à parte aérea depende da absorção e do transporte de nutrientes através do tecido radicular até o sistema vascular. A entrega de nutrientes ao sistema vascular é mediada pela via de transporte apoplástica (VTA), que utiliza o espaço livre nas paredes celulares e é controlada por barreiras apoplásticas e transportadores de nutrientes na endoderme, ou pela via de transporte simplástica (VTS). No entanto, a importância relativa dessas rotas de transporte permanece elusiva. Aqui, mostramos que a VTS, mediada pelo transportador de amônio epidérmico 1;3 (AMT1;3), domina o movimento radial de amônio através do tecido radicular quando o amônio externo é baixo, enquanto o transporte apoplástico controlado por AMT1;2 na endoderme prevalece em altas concentrações externas de amônio. Então, AMT1;2 favorece a alocação de nitrogênio (N) para a parte aérea, revelando uma grande importância da VTA para a partição de nutrientes para a parte aérea. Quando uma via de desvio endodérmica foi introduzida pela abolição da formação da faixa de Caspary, o transporte apoplástico de amônio diminuiu. Por outro lado, o transporte simplástico aumentou, indicando sinergismo entre a VTS e a via de desvio endodérmica. Estabelecemos ainda que a formação de barreiras apoplásticas altera a localização celular específica dos AMTs e determina as contribuições da VTS e da VTA. Esses resultados mostram como as vias de transporte radial variam ao longo do gradiente longitudinal do eixo radicular e contribuem para a partição de nutrientes entre raízes e parte aérea.
Abstract
In plants, nutrient provision of shoots depends on the uptake and transport of nutrients across the root tissue to the vascular system. Nutrient delivery to the vasculature is mediated via the apoplastic transport pathway (ATP), which uses the free space in the cell walls and is controlled by apoplastic barriers and nutrient transporters at the endodermis, or via the symplastic transport pathway (STP). However, the relative importance of these transport routes remains elusive. Here, we show that the STP, mediated by the epidermal ammonium transporter 1;3 (AMT1;3), dominates the radial movement of ammonium across the root tissue when external ammonium is low, whereas apoplastic transport controlled by AMT1;2 at the endodermis prevails at high external ammonium. Then, AMT1;2 favors nitrogen (N) allocation to the shoot, revealing a major importance of the ATP for nutrient partitioning to shoots. When an endodermal bypass was introduced by abolishing Casparian strip (CS) formation, apoplastic ammonium transport decreased. By contrast, symplastic transport was increased, indicating synergism between the STP and the endodermal bypass. We further establish that the formation of apoplastic barriers alters the cell type–specific localization of AMTs and determines STP and ATP contributions. These results show how radial transport pathways vary along the longitudinal gradient of the root axis and contribute to nutrient partitioning between roots and shoots.
F. Duan
R. Giehl
N. Geldner
D. Salt
N. von Wirén
2018 - PLOS Biology
