Genetische Regulierung durch NLA und MicroRNA827 zur Aufrechterhaltung der nitratabhängigen Phosphat-Homöostase in Arabidopsis

Pflanzen benötigen reichlich Stickstoff und Phosphor für höhere Erträge. Die Verbesserung der Pflanzen-Genetik für eine höhere Effizienz bei der Nutzung von Stickstoff und Phosphor könnte potenziell jährlich Milliarden von Dollar für Düngemittel einsparen und die globale Umweltverschmutzung reduzieren. Dafür ist Wissen über molekulare Regulatoren zur Aufrechterhaltung der Homöostase dieser Nährstoffe in Pflanzen erforderlich. Zuvor berichteten wir, dass das NITROGEN LIMITATION ADAPTATION (NLA)-Gen an den adaptiven Reaktionen auf Stickstoffmangelbedingungen in Arabidopsis beteiligt ist, wo nla-mutante Pflanzen eine abrupt frühe Seneszenz zeigen. Um die molekularen Mechanismen zu verstehen, die der NLA-Funktion zugrunde liegen, wurden zwei Suppressoren der nla-Mutation isoliert, die den nla-mutanten Phänotyp wieder zum Wildtyp zurückführen. Die kartierungsbasierte Klonierung identifizierte diese Suppressoren als die mit dem Phosphattransport in Verbindung stehenden Gene PHF1 und PHT1.1. Außerdem wurde gezeigt, dass die NLA-Expression durch das niedrig-Pi-induzierte MicroRNA miR827 reguliert wird. Pi-Analysen zeigten, dass die frühe Seneszenz der nla-mutanten Pflanzen auf Pi-Toxizität zurückzuführen war. Diese Pflanzen akkumulierten über fünfmal den normalen Pi-Gehalt in den Trieben, insbesondere unter niedrigem Nitrat- und hohem Pi, jedoch nicht unter hohen Nitratbedingungen. Auch der Pi-Überakkumulator pho2-Mutant zeigt Pi-Toxizität auf eine nitratabhängige Weise ähnlich der nla-Mutation. Darüber hinaus haben die Nitrat- und Pi-Spiegel einen antagonistischen Austausch, wie ihre unterschiedlichen Auswirkungen auf die Blütezeit zeigen. Die Ergebnisse zeigen, dass NLA und miR827 entscheidende Rollen bei der Regulierung der Pi-Homöostase in Pflanzen auf nitratabhängige Weise spielen.