Influencia del transportador de nitrato NRT1.4/NPF6.2 en la nutrición de potasio en Arabidopsis thaliana

Resumen

El potasio y el nitrógeno son nutrientes esenciales para las plantas, y su absorción y transporte deben estar coordinados. El potasio es el catión más abundante en los tejidos de las plantas bien alimentadas. Está implicado en el control del potencial eléctrico de membrana, la homeostasis de pH y la regulación de la presión osmótica. El nitrógeno es un componente esencial de los aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos, y normalmente es adquirido a través de la toma y metabolización del nitrato, que sirve además como molécula señalizadora. Las plantas pueden percibir los niveles de potasio y nitrato en el suelo para ajustar su adquisición y transporte de una forma apropiada. Los niveles de toma de potasio y nitrato del suelo están correlacionados y son favorecidos el uno por el otro. Este efecto puede ser explicado por la mejora del balance de cargas durante la toma y su distribución a larga distancia, y por el hecho de que el potasio induce la activación de enzimas implicadas en la asimilación de nitrato. Sin embargo, aún no se sabe demasiado sobre las influencias directas que produce un ion en el transporte del otro. La presente Tesis Doctoral tiene como objeto principal identificar y entender los mecanismos moleculares y las proteínas que subyacen en la regulación de la nutrición de potasio en la planta modelo Arabidopsis thaliana. Para ello se ha utilizado la línea mutante L14, obtenida por mutagénesis química con EMS y seleccionada por su expresión anormalmente alta del gen reportero HAK5:LUC (constituido por el gen de la luciferasa bajo el control transcripcional del promotor del gen HAK5) en condiciones de suficiencia de potasio. Esta línea posee una mutación deletérea en el canal de potasio de baja afinidad AKT1 (AKT1W135Z), que causa la pérdida de función de la proteína pero no intoxica la función de otros canales tipo shaker; y una mutación de ganancia de función en el transportador de nitrato de baja afinidad NRT1.4/NPF6.2 (NRT1.4V210M). Nuestros resultados sugieren que la mutación NRT1.4V210M mejora el transporte de nitrato en sistemas heterólogos (ovocitos y levaduras), e indican que la proteína NRT1.4/NPF6.2 influye en la absorción y distribución de potasio, aunque no parece ser capaz de transportar potasio. También mostramos que NRT1.4/NPF6.2 es una diana de la quinasa CIPK23, que controla tanto el uso de nitrógeno como la nutrición de potasio en Arabidopsis. Esta interacción provoca una reducción de la tasa transporte de baja afinidad del transportador. El fenotipo del mutante L14 es más severo que el del mutante knock-out akt1-2. Estas diferencias se deben por tanto a la combinación de dos mutaciones: la pérdida de función del canal de potasio AKT1, debida a la mutación W135Z, y la ganancia de función del transportador NRT1.4/NPF6.2 producida por la mutación V210M. In planta, esta combinación de mutaciones produce la alteración aditiva de la distribución de potasio, lo cual afectaría a la nutrición de potasio y a la expresión del transportador de potasio HAK5.