LjMOT1, a high-affinity molybdate transporter from Lotus japonicus, is essential for molybdate uptake, but not for the delivery to nodules

Resumo

O molibdênio (Mo) é um nutriente essencial para as plantas e é necessário para a atividade da nitrogenase de leguminosas. No entanto, as vias de absorção de Mo dos solos e subsequente entrega aos nódulos não foram caracterizadas em leguminosas. Neste estudo, caracterizamos um transportador de Mo de alta afinidade (LjMOT1) de Lotus japonicus. As concentrações de Mo em uma linhagem mutagênica por etil metanossulfonato (ljmot1) diminuíram 70–95% em comparação com o tipo selvagem (WT). Ao comparar as sequências de DNA de quatro homólogos de AtMOT1 entre as linhagens mutante e WT, uma mutação pontual foi encontrada em LjMOT1, que alterou Trp²⁹² para um códon de parada; nenhuma mutação foi encontrada nos outros genes homólogos. O fenótipo das concentrações de Mo na progênie F₂ de cruzamentos entre ljmot1 e WT foi associado aos genótipos de LjMOT1. A introdução do LjMOT1 endógeno em ljmot1 restaurou o acúmulo de Mo para aproximadamente 60–70% do WT. Leveduras expressando LjMOT1 exibiram alta atividade de absorção de Mo, e o Km foi de 182 nM. O LjMOT1 foi expresso principalmente em raízes, e sua expressão não foi afetada pelo suprimento de Mo ou pela inoculação com rizóbio. Embora o acúmulo de Mo nos nódulos de ljmot1 tenha sido significativamente menor que o do WT, ainda era suficientemente alto para nodulação normal e atividade da nitrogenase, mesmo para plantas ljmot1 com cotilédones removidos cultivadas sob condições de baixo Mo, caso em que o crescimento da planta foi significativamente inibido pela deficiência de Mo. Nossos resultados sugerem que LjMOT1 é um transportador essencial de Mo em L. japonicus para a absorção de Mo do solo e crescimento, mas não para a entrega de Mo aos nódulos.

Abstract

Molybdenum (Mo) is an essential nutrient for plants, and is required for nitrogenase activity of legumes. However, the pathways of Mo uptake from soils and then delivery to the nodules have not been characterized in legumes. In this study, we characterized a high-affinity Mo transporter (LjMOT1) from Lotus japonicus. Mo concentrations in an ethyl methanesulfonate–mutagenized line (ljmot1) decreased by 70–95% compared with wild-type (WT). By comparing the DNA sequences of four AtMOT1 homologs between mutant and WT lines, one point mutation was found in LjMOT1, which altered Trp292 to a stop codon; no mutation was found in the other homologous genes. The phenotype of Mo concentrations in F2 progeny from ljmot1 and WT crosses were associated with genotypes of LjMOT1. Introduction of endogenous LjMOT1 to ljmot1 restored Mo accumulation to approximately 60–70% of the WT. Yeast expressing LjMOT1 exhibited high Mo uptake activity, and the Km was 182 nm. LjMOT1 was expressed mainly in roots, and its expression was not affected by Mo supply or rhizobium inoculation. Although Mo accumulation in the nodules of ljmot1 was significantly lower than that of WT, it was still high enough for normal nodulation and nitrogenase activity, even for cotyledons-removed ljmot1 plants grown under low Mo conditions, in this case the plant growth was significantly inhibited by Mo deficiency. Our results suggest that LjMOT1 is an essential Mo transporter in L. japonicus for Mo uptake from the soil and growth, but is not for Mo delivery to the nodules.