Repositorio
Institucional

Reyes-Diaz, Marjorie

Alarcon-Poblete, Edith

Inostroza-Blancheteau, Claudio

Alberdi, Miren

Rengel, Zed

Molecular regulation of aluminum resistance and sulfur nutrition during root growth

SPRINGER

PLANTA

en

Aluminum toxicity and sulfate deprivation both regulate microRNA395 expression, repressing its low-affinity sulfate transporter ( SULTR2,1 ) target. Sulfate deprivation also induces the high-affinity sulfate transporter gene ( SULTR12 ), allowing enhanced sulfate uptake. Few studies about the relationships between sulfate, a plant nutrient, and aluminum, a toxic ion, are available, hence, the molecular and physiological processes underpinning this interaction are poorly understood. The Al-sulfate interaction occurs in acidic soils, whereby relatively high concentrations of trivalent toxic aluminum (Al3+) may hamper root growth, limiting uptake of nutrients, including sulfur (S). On the other side, Al3+ may be detoxified by complexation with sulfate in the acid soil solution as well as in the root-cell vacuoles. In this review, we focus on recent insights into the mechanisms governing plant responses to Al toxicity and its relationship with sulfur nutrition, emphasizing the role of phytohormones, microRNAs, and ion transporters in higher plants. It is known that Al3+ disturbs gene expression and enzymes involved in biosynthesis of S-containing cysteine in root cells. On the other hand, Al3+ may induce ethylene biosynthesis, enhance reactive oxygen species production, alter phytohormone transport, trigger root growth inhibition and promote sulfate uptake under S deficiency. MicroRNA395, regulated by both Al toxicity and sulfate deprivation, represses its low-affinity Sulfate Transporter 2,1 (SULTR2,1) target. In addition, sulfate deprivation induces High Affinity Sulfate Transporters (HAST, SULTR1,2), improving sulfate uptake from low-sulfate soil solutions. Identification of new microRNAs and cloning of their target genes are necessary for a better understanding of the role of molecular regulation of plant resistance to Al stress and sulfate deprivation.

La toxicidad del aluminio y la privación de sulfato regulan la expresión de microRNA395, reprimiendo su objetivo transportador de sulfato de baja afinidad ( SULTR2,1 ). La privación de sulfato también induce el gen transportador de sulfato de alta afinidad ( SULTR12 ), lo que permite una mejor absorción de sulfato. Hay pocos estudios disponibles sobre las relaciones entre el sulfato, un nutriente vegetal, y el aluminio, un ion tóxico, por lo tanto, los procesos moleculares y fisiológicos que sustentan esta interacción son poco conocidos. La interacción Al-sulfato ocurre en suelos ácidos, por lo que concentraciones relativamente altas de aluminio tóxico trivalente (Al3+) pueden obstaculizar el crecimiento de las raíces, limitando la absorción de nutrientes, incluido el azufre (S). Por otro lado, el Al3+ puede desintoxicarse mediante la complejación con sulfato en la solución ácida del suelo, así como en las vacuolas de las células radiculares. En esta revisión, nos centramos en los conocimientos recientes sobre los mecanismos que rigen las respuestas de las plantas a la toxicidad del Al y su relación con la nutrición de azufre, haciendo hincapié en el papel de las fitohormonas, los microARN y los transportadores de iones en plantas superiores. Se sabe que el Al3+ altera la expresión génica y las enzimas implicadas en la biosíntesis de cisteína que contiene S en las células radiculares. Por otro lado, el Al3+ puede inducir la biosíntesis de etileno, mejorar la producción de especies reactivas de oxígeno, alterar el transporte de fitohormonas, desencadenar la inhibición del crecimiento radicular y promover la absorción de sulfato en condiciones de deficiencia de S. El microARN395, regulado tanto por la toxicidad del Al como por la privación de sulfato, reprime su diana, el transportador de sulfato 2,1 de baja afinidad (SULTR2,1). Además, la privación de sulfato induce los transportadores de sulfato de alta afinidad (HAST, SULTR1,2), lo que mejora la absorción de sulfato en soluciones de suelo con bajo contenido de sulfato. La identificación de nuevos microARN y la clonación de sus genes diana son necesarias para comprender mejor el papel de la regulación molecular de la resistencia de las plantas al estrés por Al y a la privación de sulfato.

Artículo de revisión

Proyecto FONDECYT 11080231 y 11160355, Becas MECESUP FRO 0601 y UFRO.

FONDECYT Project 11080231 and 11160355, MECESUP FRO 0601 and UFRO fellowships.

10.1007/s00425-017-2805-6

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Al transporters

Gene regulation

Ion toxicity

MicroRNA

Nutrient deficiency

S transporters

Todos los transportadores

Regulación genética

Toxicidad iónica

microARN

Deficiencia de nutrientes

transportadores S

Plant Sciences

Al transporters

Gene regulation

Ion toxicity

MicroRNA

Nutrient deficiency

S transporters

Todos los transportadores

Regulación genética

Toxicidad iónica

microARN

Deficiencia de nutrientes

transportadores S

Agronomía

Biología Molecular

Otras Ciencias Agrícolas

version publicada

hibrida

restringido

restringido

WOS:000419584800002

Molecular regulation of aluminum resistance and sulfur nutrition during root growth

Artículo de revisión

SPRINGER

PLANTA

Ciencias de las plantas

0032-0935

en

ANID FONDECYT 11080231

ANID FONDECYT 11160355

UFRO MECESUP FRO 0601

FONDECYT Project 11080231 and 11160355, MECESUP FRO 0601 and UFRO fellowships.

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ANID FONDECYT 11080231#ANID FONDECYT 11160355#UFRO MECESUP FRO 0601