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Caracterização de novos transportadores da família CDF envolvidos na homeostase de Zn e Mn em plantas de arroz (Oryza sativa)

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Caracterização de novos transportadores da família CDF envolvidos na homeostase de Zn e Mn em plantas de arroz (Oryza sativa)

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Título Caracterização de novos transportadores da família CDF envolvidos na homeostase de Zn e Mn em plantas de arroz (Oryza sativa)
Autor Menguer, Paloma Koprovski
Orientador Fett, Janette Palma
Data 2013
Nível Doutorado
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Biociências. Programa de Pós-Graduação em Botânica.
Assunto Fisiologia vegetal
Gramineae
Teses
Resumo A homeostase de metais é mantida nas células vegetais por transportadores especializados que compartimentalizam ou realizam o efluxo dos íons metálicos, mantendo as concentrações citosólicas dentro de uma faixa adequada. OsMTP1 e OsMTP11 são membros da família de transportadores de metais CDF/MTP em Oryza sativa, e acredita-se que eles possuem papéis importantes na homeostase de Zn e Mn em plantas de arroz, respectivamente. A complementação funcional do mutante de Arabidopsis mtp1-1 pela expressão ectópica de OsMTP1 demonstra que esta proteína transporta Zn in planta. Embora a localização subcelular de OsMTP1 tenha sido previamente caracterizada como de membrana plasmática, nossos resultados indicam localização no tonoplasto. A expressão heteróloga de OsMTP1 em levedura mutante zrc1 cot1 resgatou a hipersensibilidade do mutante a Zn; OsMTP1 também mitigou em algum nível a sensibilidade de zrc1 cot1 a Co; e complementou a hipersensibilidade a Fe e Cd dos mutantes ccc1 e ycf1, respectivamente, quando testados em baixas concentrações dos metais correspondentes. Esses resultados sugerem que OsMTP1 transporta Zn, mas também Co, Fe e Cd, talvez com afinidade mais baixa. Estudos com mutações sítio-dirigidas nos permitiram identificar duas substituições em OsMTP1, L82F e H90D, que parecem alterar a função de transporte de OsMTP1. OsMTP1ΔL82F ainda transporta baixos níveis de Zn, com afinidade aumentada pra Fe e Co, enquanto OsMTP1ΔH90D elimina completamente o transporte de Zn e aumenta o transporte de Fe. Além disso, mostramos evidências do papel de OsMTP11 no transporte de Mn. A expressão heteróloga de OsMTP11 no mutante de levedura pmr1 complementou parcialmente a hipersensibilidade deste a Mn. Identificamos quatro resíduos possivelmente envolvidos na função de transporte de OsMTP11: as substituições D267H, D162A e E213G reduziram o resgate da hipersensibilidade a Mn em diferentes níveis; enquanto L150S complementou totalmente a hipersensibilidade do mutante pmr1. Os resultados apresentados neste trabalho são novas contribuições para a área de nutrição mineral de plantas e podem ser úteis em aplicações biotecnológicas como fitorremediação e biofortificação.
Abstract Heavy metal homeostasis is maintained in plant cells by specialized transporters that compartmentalize or efflux metal ions, maintaining cytosolic concentrations within a narrow range. OsMTP1 and OsMTP11 are members of the CDF/MTP family of metal cation transporters in Oryza sativa, and are believed to play important roles in Zn and Mn homeostasis in rice, respectively. Functional complementation of the Arabidopsis T-DNA insertion mutant mtp1-1 demonstrates that OsMTP1 transports Zn in planta. Although OsMTP1 had been previously suggested to be targeted to the plasma membrane, results here indicate localization at the tonoplast. Heterologous expression of OsMTP1 in the yeast mutant zrc1 cot1 complemented the Zn-hypersensitivity of this mutant; OsMTP1 could also alleviate to some extent the Co sensitivity of zrc1 cot1; and rescue Fe and Cd hypersensitivity in ccc1 and ycf1 mutants, respectively, when tested at low concentrations of corresponding metals. These results suggest that OsMTP1 transports Zn but also Co, Fe and Cd, perhaps with lower affinity. Site-directed mutagenesis studies allowed us to identify two substitutions in OsMTP1, L82F and H90D, which appear to alter the transport function of OsMTP1. OsMTP1ΔL82F can still transport low levels of Zn, with enhanced affinity for Fe and Co, while OsMTP1ΔH90D completely abolishes Zn transport but improves Fe transport. In addition, we show evidence for a role of OsMTP11 in Mn transport. Heterologous expression of OsMTP11 in the yeast mutant pmr1 partially complemented the Mn-hypersensitivity of this mutant. It was identified four residues possibly involved in OsMTP11 transport function; D267H, D162A and E213G reduced the Mn-hypersensitivity rescuing capacity in different levels; and L150S fully rescued Mn-hypersensitivity in the pmr1 mutant. The results presented here are novel contributions to the field of plant mineral nutrition and may be useful in future biotechnological applications such as phytoremediation and biofortification.
Tipo Tese
URI http://hdl.handle.net/10183/143504
Arquivos Descrição Formato
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