A Magnesium Transporter OsMGT1 Plays a Critical Role in Salt Tolerance in Rice

Resumo

O estresse salino é um dos principais fatores que limitam a produção de arroz (Oryza sativa) globalmente. Embora vários transportadores envolvidos na tolerância ao sal tenham sido identificados em arroz, os mecanismos que regulam sua atividade de transporte ainda são pouco compreendidos. Aqui, mostramos evidências de que um transportador de Mg de arroz, OsMGT1, é necessário para a tolerância ao sal, provavelmente por regular a atividade de transporte de OsHKT1;5, um transportador-chave para a remoção de Na⁺ da seiva do xilema na zona madura da raiz. O knockout de OsMGT1 não afetou a absorção total de Na, mas aumentou a concentração de Na na parte aérea e na seiva do xilema, resultando em um aumento significativo na sensibilidade ao sal em baixa concentração externa de Mg²⁺ (20–200 µM). No entanto, tais diferenças foram abolidas em concentração mais alta de Mg²⁺ (2 mM), embora a absorção total de Na não tenha sido alterada. OsMGT1 foi expresso tanto nas raízes quanto na parte aérea, mas apenas o da raiz foi moderadamente regulado positivamente pelo estresse salino. A análise de expressão espacial revelou que OsMGT1 foi expresso em todas as células da raiz nas pontas das raízes, mas foi altamente expresso no periciclo da zona madura da raiz. OsMGT1 também foi expresso na região do floema do nó basal, lâmina foliar e bainha. Quando expresso em oócitos de Xenopus laevis, a atividade de transporte de OsHKT1;5 foi aumentada pelo aumento da concentração externa de Mg²⁺. Além disso, o knockout de OsHKT1;5 no fundo mutante osmgt1 não aumentou ainda mais sua sensibilidade ao sal. Tomados em conjunto, nossos resultados sugerem que o Mg²⁺ transportado por OsMGT1 na zona madura da raiz é necessário para aumentar a atividade de OsHKT1;5, restringindo assim o acúmulo de Na na parte aérea.

Abstract

Salt stress is one of the major factors limiting rice (Oryza sativa) production globally. Although several transporters involved in salt tolerance have been identified in rice, the mechanisms regulating their transport activity are still poorly understood. Here, we show evidence that a rice Mg transporter OsMGT1 is required for salt tolerance probably by regulating transport activity of OsHKT1;5, a key transporter for the removal of Na+ from the xylem sap at the root mature zone. Knockout of OsMGT1 did not affect total Na uptake, but increased Na concentration in the shoots and xylem sap, resulting in a significant increase in salt sensitivity at low external Mg2+ concentration (20–200 μm). However, such differences were abolished at a higher Mg2+ concentration (2 mm), although the total Na uptake was not altered. OsMGT1 was expressed in both the roots and shoots, but only that in the roots was moderately up-regulated by salt stress. Spatial expression analysis revealed that OsMGT1 was expressed in all root cells of the root tips but was highly expressed in the pericycle of root mature zone. OsMGT1 was also expressed in the phloem region of basal node, leaf blade, and sheath. When expressed in Xenopus laevis oocytes, the transport activity of OsHKT1;5 was enhanced by elevating external Mg2+ concentration. Furthermore, knockout of OsHKT1;5 in osmgt1 mutant background did not further increase its salt sensitivity. Taken together, our results suggest that Mg2+ transported by OsMGT1 in the root mature zone is required for enhancing OsHKT1;5 activity, thereby restricting Na accumulation to the shoots.