A Constitutive Expressed Phosphate Transporter, OsPht1;1, Modulates Phosphate Uptake and Translocation in Phosphate-Replete Rice

Resumo

Vários transportadores de Pi regulados por deficiência de fosfato ou por Pi micorrizado, pertencentes à família Pht1, foram caracterizados funcionalmente em várias espécies de plantas, enquanto faltam funções dos transportadores de Pi que não são regulados por mudanças no suprimento de Pi. Neste estudo, mostramos que o Pht1;1 (OsPT1) do arroz (Oryza sativa), um dos 13 transportadores de Pi Pht1 do arroz, foi expresso de forma abundante e constitutiva em vários tipos de células de raízes e brotos. O OsPT1 foi capaz de complementar as atividades do transportador de Pi acoplado a prótons em um mutante de levedura com defeito na captação de Pi. As plantas transgênicas das linhas de superexpressão de OsPT1 e as linhas de knockdown por interferência de RNA continham concentrações de fósforo significativamente mais altas e mais baixas, respectivamente, em comparação com o controle de tipo selvagem em brotos com Pi suficiente. Essas respostas das plantas transgênicas ao suprimento de Pi foram confirmadas ainda mais pelas mudanças na despolarização do potencial da membrana da célula da raiz, ocorrência de pelos radiculares, taxa de captação e transporte de 33P, bem como acúmulo de fósforo em folhas jovens em níveis suficientes de Pi. Além disso, a expressão de OsPT1 foi fortemente aumentada pela mutação de Phosphate Overaccumulator2 (OsPHO2), mas não por Phosphate Starvation Response2, indicando que OsPT1 está envolvido na via de Pi regulada por OsPHO2. Esses resultados indicam que o OsPT1 é um membro importante da família Pht1 envolvida na captação e translocação de Pi no arroz em condições de Pi-repleto.

Abstract

A number of phosphate (Pi) starvation- or mycorrhiza-regulated Pi transporters belonging to the Pht1 family have been functionally characterized in several plant species, whereas functions of the Pi transporters that are not regulated by changes in Pi supply are lacking. In this study, we show that rice (Oryza sativa) Pht1;1 (OsPT1), one of the 13 Pht1 Pi transporters in rice, was expressed abundantly and constitutively in various cell types of both roots and shoots. OsPT1 was able to complement the proton-coupled Pi transporter activities in a yeast mutant defective in Pi uptake. Transgenic plants of OsPT1 overexpression lines and RNA interference knockdown lines contained significantly higher and lower phosphorus concentrations, respectively, compared with the wild-type control in Pi-sufficient shoots. These responses of the transgenic plants to Pi supply were further confirmed by the changes in depolarization of root cell membrane potential, root hair occurrence, ³³P uptake rate and transportation, as well as phosphorus accumulation in young leaves at Pi-sufficient levels. Furthermore, OsPT1 expression was strongly enhanced by the mutation of Phosphate Overaccumulator2 (OsPHO2) but not by Phosphate Starvation Response2, indicating that OsPT1 is involved in the OsPHO2-regulated Pi pathway. These results indicate that OsPT1 is a key member of the Pht1 family involved in Pi uptake and translocation in rice under Pi-replete conditions.