Differential root and cell regulation of maize aquaporins by the arbuscular mycorrhizal symbiosis highlights its role in plant water relations

Resumo

Este estudo visa elucidar se a regulação de aquaporinas vegetais pela simbiose micorrízica arbuscular (AM) ocorre apenas em raízes ou células colonizadas pelo fungo ou em todo o sistema radicular. Plantas de milho foram cultivadas em um sistema de raiz dividida, com metade do sistema radicular inoculada com o fungo AM e a outra metade não inoculada. O crescimento da planta e os parâmetros hidráulicos foram medidos e a expressão do gene da aquaporina foi determinada em cada fração da raiz e em células microdissecadas. Sob condições bem irrigadas, as frações da raiz não colonizadas das plantas AM cresceram mais do que a fração da raiz colonizada. As condutividades hidráulicas osmótica e hidrostática total da raiz (Lo e Lpr) foram maiores nas plantas AM do que nas plantas não micorrízicas. A expressão da maioria dos genes de aquaporina de milho analisados foi diferente na fração da raiz micorrízica do que na fração da raiz não micorrízica das plantas AM. No nível celular, também foi observada expressão diferencial de aquaporinas em células colonizadas por AM e em células não colonizadas. Os resultados indicam a existência de regulação local e sistêmica das aquaporinas vegetais pela simbiose com AM e sugerem que tal regulação está relacionada à disponibilidade de água absorvida pelas hifas fúngicas em cada fração radicular e à necessidade de mobilização de água pela planta.

Abstract

This study aims to elucidate if the regulation of plant aquaporins by the arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis occurs only in roots or cells colonized by the fungus or at whole root system. Maize plants were cultivated in a split-root system, with half of the root system inoculated with the AM fungus and the other half uninoculated. Plant growth and hydraulic parameters were measured and aquaporin gene expression was determined in each root fraction and in microdissected cells. Under well-watered conditions, the non-colonized root fractions of AM plants grew more than the colonized root fraction. Total osmotic and hydrostatic root hydraulic conductivities (Lo and Lpr) were higher in AM plants than in non-mycorrhizal plants. The expression of most maize aquaporin genes analysed was different in the mycorrhizal root fraction than in the non-mycorrhizal root fraction of AM plants. At the cellular level, differential aquaporin expression in AM-colonized cells and in uncolonized cells was also observed. Results indicate the existence of both, local and systemic regulation of plant aquaporins by the AM symbiosis and suggest that such regulation is related to the availability of water taken up by fungal hyphae in each root fraction and to the plant need of water mobilization.