Role of vacuoles in phosphorus storage and remobilization

Resumo

Os vacúolos desempenham um papel fundamental no armazenamento e na remobilização de vários nutrientes, incluindo o fósforo (P), um elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento celular. As células adquirem P principalmente na forma de ortofosfato inorgânico (Pi). No entanto, a forma de P armazenada nos vacúolos varia conforme o organismo e o tecido. Algas e leveduras armazenam polifosfatos (polyPs), enquanto as plantas armazenam Pi e fosfatos de inositol (InsPs) em tecidos vegetativos e sementes, respectivamente. Nesta revisão, resumimos como as moléculas de P vacuolar são armazenadas e realocadas e como esses processos são regulados e coordenados. São delineados os papéis das proteínas de membrana contendo o domínio SYG1/PHO81/XPR1 (SPX) na alocação do P vacuolar. Também destacamos a importância do P vacuolar no tamponamento da concentração citoplasmática de Pi para manter a homeostase celular quando o suprimento externo de P flutua, e apresentamos papéis adicionais para o polyP e o InsP vacuolares além de serem uma reserva de P. Além disso, discutimos a possibilidade de vias alternativas para reciclar Pi a partir de outros metabólitos de P nos vacúolos. Por fim, são propostas perspectivas futuras para a pesquisa deste tópico e sua potencial aplicação na agricultura.

Abstract

Vacuoles play a fundamental role in storage and remobilization of various nutrients, including phosphorus (P), an essential element for cell growth and development. Cells acquire P primarily in the form of inorganic orthophosphate (Pi). However, the form of P stored in vacuoles varies by organism and tissue. Algae and yeast store polyphosphates (polyPs), whereas plants store Pi and inositol phosphates (InsPs) in vegetative tissues and seeds, respectively. In this review, we summarize how vacuolar P molecules are stored and reallocated and how these processes are regulated and co-ordinated. The roles of SYG1/PHO81/XPR1 (SPX)-domain-containing membrane proteins in allocating vacuolar P are outlined. We also highlight the importance of vacuolar P in buffering the cytoplasmic Pi concentration to maintain cellular homeostasis when the external P supply fluctuates, and present additional roles for vacuolar polyP and InsP besides being a P reserve. Furthermore, we discuss the possibility of alternative pathways to recycle Pi from other P metabolites in vacuoles. Finally, future perspectives for researching this topic and its potential application in agriculture are proposed.