Mutation of the Arabidopsis NRT1.5 Nitrate Transporter Causes Defective Root-to-Shoot Nitrate Transport

Resumo

Pouco se sabe sobre os mecanismos moleculares e regulatórios do transporte de nitrato a longa distância em plantas superiores. O NRT1.5 é um dos 53 genes do transportador de nitrato NRT1 (Peptide Transporter PTR) de Arabidopsis thaliana, dos quais dois membros, NRT1.1 (CHL1 para Chlorate resistant 1) e NRT1.2, demonstraram estar envolvidos na captação de nitrato. A análise funcional dos oócitos de Xenopus laevis injetados com cRNA mostrou que o NRT1.5 é um transportador bidirecional de nitrato dependente de pH e de baixa afinidade. A localização subcelular em protoplastos de plantas e a análise do promotor-β-glucuronidase em plantas, bem como a hibridização in situ, mostraram que o NRT1.5 está localizado na membrana plasmática e é expresso em células do periciclo da raiz próximas ao xilema. Mutações de inativação parcial ou nocaute do NRT1.5 reduziram a quantidade de nitrato transportado da raiz para o caule, sugerindo que o NRT1.5 participa do carregamento de nitrato no xilema da raiz. No entanto, o transporte de nitrato da raiz para o caule não foi completamente eliminado no mutante NRT1.5, e a redução de NRT1.5 no fundo nrt1.1 não afetou o transporte de nitrato da raiz para o caule. Esses dados sugerem que, além daquele que envolve o NRT1.5, outro mecanismo é responsável pelo carregamento de nitrato no xilema. Análises adicionais dos mutantes nrt1.5 revelaram um loop regulatório entre nitrato e potássio na etapa de transporte do xilema.

Abstract

Little is known about the molecular and regulatory mechanisms of long-distance nitrate transport in higher plants. NRT1.5 is one of the 53 Arabidopsis thaliana nitrate transporter NRT1 (Peptide Transporter PTR) genes, of which two members, NRT1.1 (CHL1 for Chlorate resistant 1) and NRT1.2, have been shown to be involved in nitrate uptake. Functional analysis of cRNA-injected Xenopus laevis oocytes showed that NRT1.5 is a low-affinity, pH-dependent bidirectional nitrate transporter. Subcellular localization in plant protoplasts and in planta promoter-β-glucuronidase analysis, as well as in situ hybridization, showed that NRT1.5 is located in the plasma membrane and is expressed in root pericycle cells close to the xylem. Knockdown or knockout mutations of NRT1.5 reduced the amount of nitrate transported from the root to the shoot, suggesting that NRT1.5 participates in root xylem loading of nitrate. However, root-to-shoot nitrate transport was not completely eliminated in the NRT1.5 knockout mutant, and reduction of NRT1.5 in the nrt1.1 background did not affect root-to-shoot nitrate transport. These data suggest that, in addition to that involving NRT1.5, another mechanism is responsible for xylem loading of nitrate. Further analyses of the nrt1.5 mutants revealed a regulatory loop between nitrate and potassium at the xylem transport step.