Molecular biology of K+ transport across the plant cell membrane: What do we learn from comparison between plant species?

Resumo

A clonagem e a caracterização dos sistemas de transporte de K+ das plantas, além da Arabidopsis, têm aumentado na última década, favorecidas pela disponibilidade de um número cada vez maior de sequências de genomas de plantas. As informações agora disponíveis permitem a comparação de alguns desses sistemas entre espécies. Nesta revisão, nos concentramos em três famílias de sistemas de transporte de K+ de plantas que são ativos na membrana plasmática: a família de canais de K+ Shaker, composta por canais dependentes de voltagem que dominam a condutância da membrana plasmática para o K+ na maioria das condições ambientais, e duas famílias de transportadores, a família de transportadores de K+ HAK/KUP/KT, que inclui alguns transportadores de alta afinidade, e a família de transportadores de K+ e/ou Na+ HKT, na qual os membros permeáveis ao K+ parecem estar presentes apenas em monocotiledôneas. As três famílias são descritas resumidamente, fornecendo informações sobre a estrutura de seus membros e sobre as propriedades funcionais e suas funções em Arabidopsis ou arroz. A estrutura das três famílias é então comparada entre as espécies de plantas por meio de análises filogênicas. Dentro dos grupos de ortólogos/parálogos, são destacadas as semelhanças e diferenças em termos de padrão de expressão, propriedades funcionais e, quando conhecidos, parceiros de interação regulatória. A questão da importância fisiológica das diferenças destacadas também é abordada.

Abstract

Cloning and characterizations of plant K⁺ transport systems aside from Arabidopsis have been increasing over the past decade, favored by the availability of more and more plant genome sequences. Information now available enables the comparison of some of these systems between species. In this review, we focus on three families of plant K⁺ transport systems that are active at the plasma membrane: the Shaker K⁺ channel family, comprised of voltage-gated channels that dominate the plasma membrane conductance to K⁺ in most environmental conditions, and two families of transporters, the HAK/KUP/KT K⁺ transporter family, which includes some high-affinity transporters, and the HKT K⁺ and/or Na⁺ transporter family, in which K⁺-permeable members seem to be present in monocots only. The three families are briefly described, giving insights into the structure of their members and on functional properties and their roles in Arabidopsis or rice. The structure of the three families is then compared between plant species through phylogenic analyses. Within clusters of ortologues/paralogues, similarities and differences in terms of expression pattern, functional properties and, when known, regulatory interacting partners, are highlighted. The question of the physiological significance of highlighted differences is also addressed.