Nitrate Transport, Signaling, and Use Efficiency

Resumo

O nitrogênio representa aproximadamente 60% do fertilizante consumido a cada ano; portanto, representa um dos principais custos de insumos para a maioria das culturas não leguminosas. O nitrato é uma das duas principais formas de nitrogênio que as plantas adquirem do solo. Insights mecanísticos sobre o transporte e a sinalização de nitrato permitiram novas estratégias para aumentar a eficiência de utilização de nitrogênio, reduzir os custos de insumos para a agricultura e, mais importante, aliviar os impactos ambientais (por exemplo, eutrofização e produção do gás de efeito estufa N₂O). Na última década, progressos significativos foram feitos na compreensão de como o nitrato é adquirido do ambiente, como é eficientemente distribuído nos diferentes tecidos vegetais em resposta a mudanças ambientais, como a sinalização de nitrato é percebida e transmitida e como o status de nitrogênio da parte aérea e da raiz é comunicado. Vários componentes-chave desses processos provaram ser novas ferramentas para aumentar a eficiência de uso de nitrato e nitrogênio. Nesta revisão, focamos nos papéis de NRT1 e NRT2 na absorção de nitrato e na alocação de nitrato entre diferentes tecidos; descrevemos as funções do transceptor NRT1.1, fatores de transcrição e pequenos peptídeos de sinalização na sinalização de nitrato e comunicação tecidual; e compilamos as novas estratégias para melhorar a eficiência de uso de nitrogênio.

Abstract

Nitrogen accounts for approximately 60% of the fertilizer consumed each year; thus, it represents one of the major input costs for most nonlegume crops. Nitrate is one of the two major forms of nitrogen that plants acquire from the soil. Mechanistic insights into nitrate transport and signaling have enabled new strategies for enhancing nitrogen utilization efficiency, for lowering input costs for farming, and, more importantly, for alleviating environmental impacts (e.g., eutrophication and production of the greenhouse gas N2O). Over the past decade, significant progress has been made in understanding how nitrate is acquired from the surroundings, how it is efficiently distributed into different plant tissues in response to environmental changes, how nitrate signaling is perceived and transmitted, and how shoot and root nitrogen status is communicated. Several key components of these processes have proven to be novel tools for enhancing nitrate- and nitrogen-use efficiency. In this review, we focus on the roles of NRT1 and NRT2 in nitrate uptake and nitrate allocation among different tissues; we describe the functions of the transceptor NRT1.1, transcription factors, and small signaling peptides in nitrate signaling and tissue communication; and we compile the new strategies for improving nitrogen-use efficiency.