Transgenic tomato overexpressing ath-miR399d has enhanced phosphorus accumulation through increased acid phosphatase and proton secretion as well as phosphate transporters

Resumo

Por meio da geração e exame de tomateiros transgênicos que superexpressam ath-miR399d, cultivados em condições hidropônicas, em areia de quartzo ou em solo agrícola em casa de vegetação tipo túnel, este estudo teve como objetivo investigar os efeitos do miR399d de Arabidopsis sobre a acumulação de fósforo (P), as concentrações de P na parte aérea de tomateiros transgênicos que superexpressam ath-miR399d, a expressão de transportadores de fosfato e a secreção de prótons e atividade de fosfatase ácida (APase) nas raízes. No tomateiro transgênico, a concentração foliar de P aumentou significativamente em solo agrícola, e as raízes apresentaram maior absorção de P, evidenciada pelas concentrações foliares de P e pela expressão relativa dos genes LePT1, LePT2, LePT4 e LePT5 em solução com P normal. O aumento da atividade de APase nas raízes transgênicas e no meio externo levou a uma melhor hidrólise do P orgânico, e o aumento da extrusão de prótons pelas raízes proporcionou melhor dissolução de AlPO₄. Assim, além dos transportadores de fosfato, a maior atividade de APase e a acidificação intensificada nas proximidades das raízes podem ser mecanismos importantes para o tomateiro transgênico remover ou adquirir P no solo. Esses resultados fornecem uma nova compreensão sobre plantas que superexpressam miR399 e acumulam excesso de P na parte aérea.

Abstract

By generating and examining transgenic tomato overexpressing ath-miR399d grown in hydroponic conditions, in quartz sand, or in a polytunnel greenhouse vegetable soil culture, this study aimed to investigate the effects of miR399d from Arabidopsis on phosphorus (P) accumulation, P concentrations in transgenic tomato overexpressing ath-miR399d shoots, phosphate transporter expression, and proton secretion and acid phosphatase (APase) activity in roots. In the transgenic tomato, leaf P concentration increased significantly in an agricultural soil, and roots had higher uptake of P, as evidenced by leaf P concentrations and relative expression of the genes LePT1, LePT2, LePT4, and LePT5 in normal-P solution. Enhanced APase activity in transgenic roots and the outside medium led to superior hydrolysis of organic P, and increased proton extrusion by roots led to superior dissolution of AlPO4. Thus, besides phosphate transporters, higher APase activity and strengthened acidification in the vicinity of the roots may be important mechanisms for transgenic tomato to scavenge or acquire P in soil. These results provide new understanding of miR399-overexpressing plants that accumulate excess P in shoots.