Regulation of glutamine synthetase isoforms in two differentially drought-tolerant rice (Oryza sativa L.) cultivars under water deficit conditions
- K. K. Singh
- S. Ghosh
Resumo
O déficit hídrico (DH) tem um efeito adverso no arroz (Oryza sativa L.) e a aclimatação requer reações essenciais do metabolismo primário para continuar. As plantas de arroz utilizam amônio como principal fonte de nitrogênio, que é assimilado em glutamina pela reação da Glutamina sintetase (GS, EC 6.3.1.2). As plantas de arroz possuem um gene (OsGS2) para GS2 cloroplástica e três genes (OsGS1;1, OsGS1;2 e OsGS1;3) para GS1 citosólica. Aqui, relatamos o efeito do DH na regulação das isoformas de GS em cultivares de arroz sensíveis à seca (cv. IR-64) e tolerantes à seca (cv. Khitish). Sob DH, a atividade total de GS na raiz e na folha diminuiu significativamente nas plântulas de IR-64 em comparação com as plântulas de Khitish. A atividade reduzida de GS na folha de IR-64 foi principalmente devido à diminuição da atividade de GS2, que correlacionou com a diminuição nos conteúdos correspondentes de transcritos e polipeptídeos. Transcritos e polipeptídeos de GS1 se acumularam na folha durante o DH, no entanto, a atividade de GS1 foi mantida em um nível constante. A atividade total de GS no caule de ambas as variedades foi insensível ao DH. Entre os genes de GS1, a expressão de OsGS1;1 foi regulada de maneira diferente pelo DH nas duas variedades de arroz. Seu transcrito se acumulou mais abundantemente na folha de IR-64 do que na folha de Khitish. Após o DH, o nível de mRNA de OsGS1;1 nos tecidos do caule e da raiz diminuiu em IR-64 e aumentou em Khitish. Padrões de expressão constantes de OsGS1;2 foram observados na folha, caule e raiz de ambos os cultivares. Os resultados sugerem que a expressão de OsGS2 e OsGS1;1 pode contribuir para a tolerância à seca do cultivar Khitish sob condições de DH.
Abstract
Water deficit (WD) has adverse effect on rice (Oryza sativa L.) and acclimation requires essential reactions of primary metabolism to continue. Rice plants utilize ammonium as major nitrogen source, which is assimilated into glutamine by the reaction of Glutamine synthetase (GS, EC 6.3.1.2). Rice plants possess one gene (OsGS2) for chloroplastic GS2 and three genes (OsGS1;1, OsGS1;2 and OsGS1;3) for cytosolic GS1. Here, we report the effect of WD on regulation of GS isoforms in drought-sensitive (cv. IR-64) and drought-tolerant (cv. Khitish) rice cultivars. Under WD, total GS activity in root and leaf decreased significantly in IR-64 seedlings in comparison to Khitish seedlings. The reduced GS activity in IR-64 leaf was mainly due to decrease in GS2 activity, which correlated with decrease in corresponding transcript and polypeptide contents. GS1 transcript and polypeptide accumulated in leaf during WD, however, GS1 activity was maintained at a constant level. Total GS activity in stem of both the varieties was insensitive to WD. Among GS1 genes, OsGS1;1 expression was differently regulated by WD in the two rice varieties. Its transcript accumulated more abundantly in IR-64 leaf than in Khitish leaf. Following WD, OsGS1;1 mRNA level in stem and root tissues declined in IR-64 and enhanced in Khitish. A steady OsGS1;2 expression patterns were noted in leaf, stem and root of both the cultivars. Results suggest that OsGS2 and OsGS1;1 expression may contribute to drought tolerance of Khitish cultivar under WD conditions.
