Transport and regulatory mechanisms of boron in plants

Resumo

O boro (B) é um micronutriente vital necessário para o desenvolvimento adequado das plantas. No entanto, o B exibe uma faixa de concentração muito estreita entre deficiência e toxicidade em plantas, tornando o controle regulatório preciso sobre sua absorção, translocação e efluxo celular crítico para a manutenção da homeostase geral do B. Análises genéticas de Arabidopsis thaliana mostram que a absorção e a translocação de boro são mediadas por duas famílias de proteínas transportadoras transmembrana: NIPs (proteínas intrínsecas semelhantes à nodulina-26), que facilitam a permeação do ácido bórico, e BORs, responsáveis pela exportação de borato das células. É importante ressaltar que a identificação e caracterização de NIPs e BORs foram essenciais para elucidar a homeostase do B e seus papéis fisiológicos não apenas em Arabidopsis, mas também em diversas espécies de plantas. Além disso, a homeostase do B é mantida pela regulação em múltiplos níveis de suas proteínas transportadoras, incluindo modulação transcricional, estabilidade de mRNA, repressão traducional e degradação endocítica. Ademais, modular a expressão gênica de transporte de B para aumentar a tolerância à deficiência ou toxicidade de B pode melhorar o crescimento das plantas sob condições nutricionais desfavoráveis de B. Portanto, gerar plantas eficientes em B ou tolerantes a B é uma estratégia agrícola de baixo custo e sustentável. Nesta revisão, discutimos os papéis fisiológicos das proteínas transportadoras de B e seus mecanismos regulatórios, com foco na localização intracelular e abundância.

Abstract

Boron (B) is a vital micronutrient necessary for the proper development of plants. However, B exhibits a very narrow concentration range between deficiency and toxicity in plants, making precise regulatory control over its uptake, translocation, and cellular efflux critical for maintaining overall B homeostasis. Genetic analyses of Arabidopsis thaliana show that boron uptake and translocation are mediated by two families of transmembrane transporter proteins: NIPs (nodulin-26-like intrinsic proteins), which facilitate the permeation of boric acid, and BORs, responsible for exporting borate from cells. Importantly, the identification and characterization of NIPs and BORs have been essential for elucidating B homeostasis and its physiological roles not only in Arabidopsis but also in diverse plant species. Furthermore, the homeostasis of B is maintained by multi-level regulation of its transport proteins, including transcriptional modulation, mRNA stability, translational repression, and endocytic degradation. Moreover, modulating B transport gene expression to enhance tolerance to B deficiency or toxicity can improve plant growth under unfavorable B nutrient conditions. Therefore, generating B-efficient or B-tolerant plants is a cost-effective and sustainable agricultural strategy. In this review, we discuss the physiological roles of B transport proteins and their regulatory mechanisms, focusing on intracellular localization and abundance.