MtNPF6.5 mediates chloride uptake and nitrate preference in Medicago roots

Resumo

A preferência por nitrato em detrimento do cloreto por meio da regulação de transportadores é uma característica fundamental da homeostase iônica das plantas. Mostramos que o MtNPF6.5 de Medicago truncatula, um ortólogo do AtNPF6.3/NRT1.1 de Arabidopsis thaliana, pode mediar a absorção de nitrato e cloreto em oócitos de Xenopus, mas é seletivo para cloreto, e que seu homólogo próximo, MtNPF6.7, pode transportar nitrato e cloreto, mas é seletivo para nitrato. O mutante Mtnpf6.5 apresentou teor de cloreto muito reduzido em relação ao tipo selvagem, e a expressão de MtNPF6.5 foi reprimida por cloreto elevado, indicando um papel primário do MtNPF6.5 na absorção radicular de cloreto. MtNPF6.5 e MtNPF6.7 foram reprimidos e induzidos por nitrato, respectivamente, e essas respostas exigiram o fator de transcrição MtNLP1. Além disso, a perda de MtNLP1 impediu a rápida troca de cloreto para nitrato como o principal ânion em plantas privadas de nitrato após o fornecimento de nitrato, fornecendo insights sobre o mecanismo subjacente à preferência por nitrato. A análise de sequência revelou três subtipos de ortólogos de AtNPF6.3 com base em seus resíduos preditos de ligação ao substrato: A (seletivo a cloreto), B (seletivo a nitrato) e C (específico de leguminosas). A ausência de homólogos de AtNPF6.3 do tipo B em linhagens de plantas que divergiram precocemente sugere que eles evoluíram a partir de uma proteína seletiva a cloreto semelhante ao MtNPF6.5.

Abstract

The preference for nitrate over chloride through regulation of transporters is a fundamental feature of plant ion homeostasis. We show that Medicago truncatula MtNPF6.5, an ortholog of Arabidopsis thaliana AtNPF6.3/NRT1.1, can mediate nitrate and chloride uptake in Xenopus oocytes but is chloride selective and that its close homologue, MtNPF6.7, can transport nitrate and chloride but is nitrate selective. The MtNPF6.5 mutant showed greatly reduced chloride content relative to wild type, and MtNPF6.5 expression was repressed by high chloride, indicating a primary role for MtNPF6.5 in root chloride uptake. MtNPF6.5 and MtNPF6.7 were repressed and induced by nitrate, respectively, and these responses required the transcription factor MtNLP1. Moreover, loss of MtNLP1 prevented the rapid switch from chloride to nitrate as the main anion in nitrate‐starved plants after nitrate provision, providing insight into the underlying mechanism for nitrate preference. Sequence analysis revealed three sub‐types of AtNPF6.3 orthologs based on their predicted substrate‐binding residues: A (chloride selective), B (nitrate selective), and C (legume specific). The absence of B‐type AtNPF6.3 homologues in early diverged plant lineages suggests that they evolved from a chloride‐selective MtNPF6.5‐like protein.