Participación del gen IAA-Leucine Resistant 3 (ILR3) en la coordinación de la respuesta de la raíz de Arabidopsis thaliana a la deficiencia de hierro y fosfato

Abstract

Iron and phosphate deficiencies are amongst the most common agricultural problems related to nutritional stresses. Both deficiencies have been linked in the last few years at the molecular level, yet little is known about the genetic components that modulate such crosstalk. Previous reports have shown an alteration in iron uptake and homeostasis gene expression during phosphate deficiency (Misson et al., 2005; Li y Lan, 2015). In Arabidopsis thaliana phosphate deficiency leads to an increase in lateral root and hair root number (López-Bucio et al., 2002) as well as primary root growth inhibition due to iron toxicity (Hirsch et al., 2006; Ward et al., 2008). The bHLH leucine zipper transcription factor ILR3 regulates iron uptake in Arabidopsis thaliana (Zhang et al., 2015); therefore, we evaluated its possible role under phosphate deficiency and its influence over the high affinity phosphate transporter AtPT2 gene, a major molecular element that is overexpressed during phosphate deficiency. We analyzed ilr3-1 and ilr3-2 root system architecture, as well as ILR3:GUS reporter gene expression. The gain of function mutant, ilr3-1, exhibited a hypersensitivity response to phosphate deficiency. Complementary to this result the ILR3:uidA expression was inversely correlated with phosphate concentration in the culture media. However, the loss of function knockout mutant, ilr3-2, showed no response to phosphate deficiency.

Entre los problemas más comunes en la agricultura relacionados con el estrés nutricional, se encuentran las deficiencias de fósforo y hierro, sin que se tenga esclarecido cuáles son los componentes genéticos que coordinan las respuestas a ambas deficiencias. Reportes previos han demostrado que la expresión de ciertos genes que intervienen en la captación y homeostasis del hierro se altera durante la deficiencia de fosfato (Misson et al., 2005; Li y Lan, 2015). En Arabidopsis thaliana la deficiencia de fosfato provoca un aumento en el número de raíces laterales y pelos radiculares (López-Bucio et al., 2002) así como una inhibición del crecimiento de la raíz primaria debida a una intoxicación por hierro (Hirsch et al., 2006; Ward et al., 2008). El gen ILR3, que codifica a un factor transcripcional tipo cierre de leucina de la familia bHLH, regula la captación de hierro en Arabidopsis (Zhang et al., 2015); por lo que en este trabajo se evaluó su posible participación en la deficiencia de fosfato y su influencia en la expresión de uno de los principales elementos moleculares que se expresa durante la deficiencia de fosfato, el transportador de alta afinidad de fosfato AtPT2. Para lo cual se analizó el sistema radicular de las mutantes ilr3-1 e ilr3-2, así como la expresión del gen reportero ILR3:uidA en deficiencia de fosfato. La mutante con ganancia de función ilr3-1 mostró una respuesta hipersensible a la deficiencia de fosfato en tanto que la expresión del gen reportero ILR3:uidA fue inversamente proporcional a la concentración de fosfato en el medio. Sin embargo, la mutante nula con pérdida de función, ilr3-2 no mostró respuestas a la deficiencia de fosfato.