Overexpression of a pH-sensitive nitrate transporter in rice increases crop yields

Resumo

A homeostase do pH celular é fundamental para a vida, e todas as células se adaptam para manter esse equilíbrio. Em plantas, a forma química do suprimento de nitrogênio, nitrato e amônio, é um dos dominadores do pH celular. Relatamos que o transportador de nitrato de arroz OsNRT2.3 é transcrito em duas isoformas de splicing com uma variação natural na razão de expressão. Uma forma de splicing, OsNRT2.3b, está localizada na membrana plasmática, é expressa principalmente no floema e possui um motivo regulatório no lado citosólico que atua para ligar ou desligar a atividade de transporte de nitrato por um mecanismo de sensoriamento de pH. A alta expressão de OsNRT2.3b em arroz aumenta a capacidade de tamponamento de pH da planta, aumentando a absorção de N, Fe e P. Em ensaios de campo, o aumento da expressão de OsNRT2.3b melhorou o rendimento de grãos e a eficiência de uso de nitrogênio (NUE) em 40%. Esses resultados indicam que o sensoriamento de pH pelo transportador de nitrato de arroz OsNRT2.3b é importante para a adaptação da planta a diferentes formas de suprimento de N e pode fornecer um alvo para melhorar a NUE.

Abstract

Cellular pH homeostasis is fundamental for life, and all cells adapt to maintain this balance. In plants, the chemical form of nitrogen supply, nitrate and ammonium, is one of the cellular pH dominators. We report that the rice nitrate transporter OsNRT2.3 is transcribed into two spliced isoforms with a natural variation in expression ratio. One splice form, OsNRT2.3b is located on the plasma membrane, is expressed mainly in the phloem, and has a regulatory motif on the cytosolic side that acts to switch nitrate transport activity on or off by a pH-sensing mechanism. High OsNRT2.3b expression in rice enhances the pH-buffering capacity of the plant, increasing N, Fe, and P uptake. In field trials, increased expression of OsNRT2.3b improved grain yield and nitrogen use efficiency (NUE) by 40%. These results indicate that pH sensing by the rice nitrate transporter OsNRT2.3b is important for plant adaption to varied N supply forms and can provide a target for improving NUE.