Characterization of the Nrt2.6 Gene in Arabidopsis thaliana: A Link with Plant Response to Biotic and Abiotic Stress

Resumo

O sistema de transporte de nitrato de alta afinidade em Arabidopsis thaliana envolve um gene e potencialmente sete genes da família NRT1 e NRT2, respectivamente. Entre eles, as proteínas NRT2.1, NRT2.2, NRT2.4 e NRT2.7 demonstraram transportar nitrato e estão localizadas no plasmalema ou nas membranas do tonoplasto. NRT2.1, NRT2.2 e NRT2.4 desempenham um papel na absorção de nitrato da solução do solo pelas células da raiz, enquanto NRT2.7 é responsável pelo carregamento de nitrato no vacúolo da semente. Fizemos a caracterização funcional de um terceiro membro da família, o gene NRT2.6. O NRT2.6 foi fracamente expresso na maioria dos órgãos da planta e sua expressão foi maior nos órgãos vegetativos do que nos órgãos reprodutivos. Ao contrário de outros membros do NRT2, a expressão do NRT2.6 não foi induzida por níveis limitantes, mas sim por altos níveis de nitrogênio, e nenhum fenótipo relacionado ao nitrato foi encontrado no mutante nrt2.6-1. De forma consistente, a superexpressão do gene não conseguiu complementar o defeito de absorção de nitrato de um mutante duplo nrt2.1-nrt2.2. A expressão do NRT2.6 é induzida após a inoculação da Arabidopsis thaliana pela bactéria fitopatogênica Erwinia amylovora. Curiosamente, as plantas com uma expressão reduzida de NRT2.6 apresentaram uma tolerância menor ao ataque de patógenos. Foi encontrada uma correlação entre a expressão de NRT2.6 e o acúmulo de espécies de ROS em resposta à infecção por E. amylovora e ao tratamento com o herbicida redox-ativo metil viologen, sugerindo uma provável ligação entre a atividade de NRT2.6 e a produção de ROS em resposta ao estresse biótico e abiótico.

Abstract

The high affinity nitrate transport system in Arabidopsis thaliana involves one gene and potentially seven genes from the NRT1 and NRT2 family, respectively. Among them, NRT2.1, NRT2.2, NRT2.4 and NRT2.7 proteins have been shown to transport nitrate and are localized on the plasmalemma or the tonoplast membranes. NRT2.1, NRT2.2 and NRT2.4 play a role in nitrate uptake from soil solution by root cells while NRT2.7 is responsible for nitrate loading in the seed vacuole. We have undertaken the functional characterization of a third member of the family, the NRT2.6 gene. NRT2.6 was weakly expressed in most plant organs and its expression was higher in vegetative organs than in reproductive organs. Contrary to other NRT2 members, NRT2.6 expression was not induced by limiting but rather by high nitrogen levels, and no nitrate-related phenotype was found in the nrt2.6-1 mutant. Consistently, the over-expression of the gene failed to complement the nitrate uptake defect of an nrt2.1-nrt2.2 double mutant. The NRT2.6 expression is induced after inoculation of Arabidopsis thaliana by the phytopathogenic bacterium Erwinia amylovora. Interestingly, plants with a decreased NRT2.6 expression showed a lower tolerance to pathogen attack. A correlation was found between NRT2.6 expression and ROS species accumulation in response to infection by E. amylovora and treatment with the redox-active herbicide methyl viologen, suggesting a probable link between NRT2.6 activity and the production of ROS in response to biotic and abiotic stress.