The role of PLCs in the nitrate signaling pathway of Arabidopsis thaliana roots

Abstract

Nitrógeno (N) es un macronutriente esencial para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Diferentes nutrientes o metabolitos de N también pueden actuar como moléculas de señalización que regulan la expresión génica y numerosos procesos biológicos en las plantas. En un trabajo previo realizado en nuestro laboratorio, se demostró que la vía de señalización del nitrato dependiente de NRT1.1 induce la actividad de las proteínas fosfolipasa C (PLC) requerida para aumentar la concentración de calcio (Ca2+) citoplasmático. Ca2+ actúa como segundo mensajero en la señalización de nitratos en Arabidopsis thaliana. En este trabajo, demostramos que la vía NRT1.1-PLCs afecta la expresión génica de genes de respuesta a nitrato en raíces de A. thaliana. En un análisis transcriptomico y de expresión génica se identificaron genes que requieren de la actividad de PLCs para responder a los tratamientos con nitrato. Además, en esta caracterización, destaca el papel de las diferentes isoformas de las proteínas PLCs específicas de la raíz A. thaliana en la respuesta a nitrato. Seis de las nueve proteínas PLCs identificadas, se expresan en raíces de A. thaliana. Las distintas isoformas de las PLCs son reguladas en tratamientos con nitrato en diferentes tiempos: solo PLC1, PLC4 y PLC5 fueron reguladas significativamente en tratamientos con nitrato. Además, evaluamos la ubicación de las PLCs involucradas en la respuesta de nitrato, encontramos que PLC1, PLC2, PLC4 y PLC5 co-localizan con NRT1.1 en hojas de tabaco transformadas transientemente. PLC4 tiene un ancestro divergente de las otras PLCs reguladas por nitrato e interesantemente, PLC4 es la única PLC que interactúa físicamente con los transportadores de nitrato: NRT1.1 y NRT2.1. Además, identificamos que la región C-terminal de NRT1.1 es esencial para la interacción física con PLC4. También, plantas sobre-expresoras y “knock-down” de PLC4 mostraron expresión diferencial en genes canónicos de la vía de asimilación de nitrato. Nuestros hallazgos sugieren un modelo en el que NRT1.1 detecta nitrato y se inicia una cascada de señalización a travez de la interacción física con la proteína PLC4. De alguna manera, esta interacción podría mediar el aumento de Ca2+ en el citosol, que a su vez es necesario para cambios en la expresión de genes sensibles a nitrato.