Caracterização de plantas de arroz deficientes para genes de transporte vacuolar OsVIT1 e OsVIT2

Abstract

O ferro é um micronutriente essencial para saúde humana e desenvolvimento vegetal por estar envolvido em diversos processos metabólicos, como transporte de oxigênio, síntese de DNA e transporte de elétrons. No Brasil, o estado do Rio Grande do Sul é o maior produtor de arroz do país e possui caracteristicamente solos ácidos ricos em ferro. Mesmo com a alta disponibilidade de ferro para as plantas, os grãos de arroz acumulam muito pouco deste mineral. Os mecanismos envolvidos no transporte de ferro para as sementes, visando a biofortificação de grãos de arroz, ainda são pouco conhecidos. Os transportadores vacuolares de ferro OsVIT1 e OsVIT2 são altamente expressos em folhas bandeira, nós e camada de aleurona, regulando o transporte de ferro e zinco através do tonoplasto para o vacúolo, aprisionando os metais nesses tecidos. Mutantes perda de função para cada gene acumularam mais ferro nas sementes de arroz, tornando-os bons alvos para biofortificação. Para elucidar a participação de OsVIT1 e OsVIT2 na translocação de ferro, dois mutantes perda-de-função osvit1/2.1 e osvit1/2.2 foram gerados utilizando CRISPR/Cas9. Os mutantes osvit1/2 não apresentaram alterações significativas no desenvolvimento vegetativo e reprodutivo, assim como nenhuma redução na produtividade de sementes foi observada em condições controle. Entretanto, a presença dos genes VIT é relevante para produção de sementes em situações de deficiência de ferro, assim como para a homeostase de Mg2+ e Cu2+ na base da parte aérea. Ambos os mutantes osvit1/2 apresentaram maior acúmulo de ferro nos embriões de sementes, entretanto a quantificação desse aumento deve ser realizada em breve. Investigações sobre o processo de translocação de Fe das raízes e folhas bandeira para as sementes também estão em curso, visando um melhor entendimento desse processo para geração de arroz biofortificado.

Iron is an essential nutrient for human health and plant development because is involved in a wide variety of metabolic processes, including oxygen transport, DNA synthesis and electron transport. In Brazil, the state of Rio Grande do Sul is the major producer of rice in the country and have characteristically iron-rich acid soils. Even with the high iron availability to the plants, rice seeds accumulate low amounts of this mineral. The mechanisms that lead to iron transport to seeds allowing rice grain biofortification are still poorly understood. The rice vacuolar iron transporter genes OsVIT1 and OsVIT2 are expressed in the flag leaves, nodes and aleurone layer, regulating the transport of iron and zinc through the tonoplast to the vacuole, imprisoning those metals in these tissues. Loss-of-function mutants for each gene presented higher accumulation of iron on the seed, making them good targets for rice biofortification. To investigate the role of OsVIT1 and OsVIT2 on Fe translocation, we used CRISPR/Cas9 to generate two independent double knockout mutants, osvit1/2.1 and osvit1/2.2. No significative alterations were observed during osvit1/2 vegetative and reproductive developments, nether concerning seed production under control conditions. Although, VITs seem to be important for seed production under low Fe treatments, as well as for Mg2+ and Cu2+ homeostasis at the shoot basal region. Both osvit1/2 mutants displayed higher Fe deposition on seed’s embryos, although the enhancement needs to be yet quantified. Further investigations regarding the Fe translocation through the roots and flag leaves to the seeds are ongoing, aiming for a better understanding of this process to facilitate the development of biofortified rice.