Padrão de expressão de aquaporinas em plantas de arroz tolerantes e sensíveis ao arsênio

Abstract

As aquaporinas são proteínas de membrana presentes em quase todos os órgãos e tecidos de animais e plantas, onde desempenham funções que vão além do transporte de água, transportando também moléculas como ureia, ácido bórico, ácido silícico, amônia, dióxido de carbono e arsênio. Em plantas, as aquaporinas podem ser classificadas de acordo com suas sequências de aminoácidos em cinco subfamílias: proteínas intrínsecas da membrana plasmática (PIPs), proteínas intrínsecas de tonoplastos (TIPs), proteínas intrínsecas do tipo nodulina 26 (NIPs), proteínas intrínsecas pequenas (SIPs) e proteínas intrínsecas não caracterizadas (XIPs). Dados genômicos determinam o número de genes de aquaporinas em 33 para arroz, 35 para Arabidopsis, 71 para algodão e 66 para soja. Dentre as principais culturas utilizadas como alimento, o arroz é particularmente eficiente no acúmulo do semimetal altamente tóxico e carcinogênico arsênio (As), representando um risco significativo para a saúde humana Assim, o principal objetivo deste trabalho é elucidar o papel das aquaporinas no transporte de As em arroz. Utilizando cultivares que apresentam susceptibilidade diferencial ao arsênio, foi analisada a expressão dos genes de aquaporinas em resposta ao tratamento com arsenito em diferentes condições. Para a caracterização dos genes de aquaporinas diferencialmente expressos, foram realizados ensaios de complementação funcional em leveduras. Nossos resultados indicam que membros das subfamílias NIP, TIP, PIP e SIP podem estar envolvidos no transporte e metabolismo de As em arroz, dentre estes, quatro podem estar envolvidos no transporte de As para dentro da célula e seis membros podem estar envolvidos no transporte de As para os vacúolos, fazendo com que essas proteínas sejam candidatas a estratégias de melhoramento genético e fitorremediação.

Aquaporins are membrane proteins present in almost all organs and tissues of animals and plants, where they perform functions that go beyond water transport, also transporting molecules such as urea, boric acid, silicic acid, ammonia, carbon dioxide and arsenic. In plants, aquaporins can be classified according to their ami-no acid sequences into five subfamilies: plasma membrane intrinsic proteins (PIPs), tonoplast intrinsic proteins (TIPs), nodulin-26 like intrinsic proteins (NIPs), small intrinsic proteins (SIPs) and uncharacterized intrinsic proteins (XIPs). Genomic data set the number of aquaporin genes in 33 for rice, 35 for Arabidopsis, 71 for cotton and 66 for soybean. Among the main crops used as food, rice is particularly effi-cient in the accumulation of the highly toxic and carcinogenic metalloid arsenic, thus representing a significant risk to human health. Therefore, the main goal of this work is to elucidate the role of aquaporins in the transport of arsenic in rice. Using cultivars with differential susceptibility to arsenic, the expression of aquaporin genes in response to the arsenite treatment under different conditions was ana-lyzed. For the characterization of differentially expressed aquaporin genes, func-tional complementation assays were performed in yeast cells. Our results indicate that members of the subfamilies NIP, TIP, PIP and SIP may be involved in the transport and metabolism of arsenic in rice, of these, four may be involved in the transport of As into the cell and six members may be involved in transporting As to the vacuoles, making these proteins candidates to genetic improvement strategies and phytoremediation.