Phosphorus and nitrogen interaction : loss of QC identity in response to P or N limitation is antecipated in pdr23 mutant

Abstract

Changes in root architecture are an important adaptive strategy used by plants in response to limited nutrient availability to increase the odds of acquiring them. The quiescent center (QC) plays an important role by altering the meristem activity causing differentiation and therefore, inducing a determinate growth program. The arabidopsis mutant pdr23 presents primary short root in the presence of nitrate and is inefficient in the use of nucleic acids as a source of phosphorus. In this study the effect of the pdr23 mutation on the QC maintenance under low phosphorus (P) and/or nitrogen is evaluated. QC identity is maintained in wild-type in the absence of nitrate and/or phosphate if nucleic acids can be used as an alternative source of these nutrients, but not in pdr23. The mutant is not able to use nucleic acids efficiently for substitute Pi, determinate growth is observed, similar to wild-type in the total absence of P. In the absence of N pdr23 loses the expression of QC identity marker earlier than wild-type, indicating that not only the response to P is altered, but also to N. The data suggest that the mutation affects a gene involved either in the crosstalk between these nutrients or in a pathway shared by both nutrients limitation response. Moreover loss of QC identity is also observed in wild-type in the absence of N at longer limitation. Less drastic symptoms are observed in lateral roots of both genotypes.

Alteração na arquitetura da raiz é uma estratégia adaptativa importante, usada pelas plantas, em resposta à disponibilidade limitada de nutrientes para aumentar as chances de adquirí-los. O centro quiescente (CQ) participa na mudança da atividade meristemática, causando diferenciação e induzindo um programa determinado de crescimento. O mutante de arabidopsis pdr23 apresenta raiz primária curta na presença de nitrato e é ineficiente no uso de ácidos nucléicos como fonte de fósforo. Neste estudo, o efeito da mutação de pdr23 sobre a manutenção do CQ sob baixo fósforo e/ou nitrogênio é avaliado. Na ausência de nitrato e/ou fósforo, se ácidos nucléicos são usados como fonte alternativa destes nutrientes, a identidade do CQ é mantida na planta silvestre, mas não em pdr23. O mutante não é capaz de usar eficientemente os ácidos nucléicos como substituto de fosfato, crescimento determinado é observado, similar à planta silvestre na ausência de P. Na ausência de N, pdr23 perde a expressão do marcador de identidade do CQ antes que a planta silvestre, indicando que as respostas a P e a N estão alteradas. Os dados sugerem que a mutação em pdr23 afete um gene envolvido na interação destes nutrientes ou em uma rota usada na resposta à limitação de ambos. Além disso, perda da identidade do CQ é também observada na planta silvestre na ausência de N em longos períodos. Sintomas menos dramáticos são observados nas raízes laterais de ambos os genótipos.