Characterization of MTP8 as a tonoplast Fe/Mn transporter essential for Fe efficiency and for Fe and Mn localization in the subepidermis of Arabidopsis embryos

Abstract

Um Gene zu identifizieren, die an der Toleranz gegenüber Fe-Mangel-induzierter Chlorose in Pflanzen beteiligt sind, wurden T-DNA-Insertionslinien von Arabidopsis auf einem Agarnährmedium mit hohem pH-Wert bei niedriger Fe-Verfügbarkeit angezogen. Dieser vorwärts gerichtete Ansatz führte zur Identifizierung von zwei Mutanten, die einen Defekt in der Genexpression für MTP8 aufwiesen und eine starke durch Fe-Mangel induzierte Chlorose entwickelten. MTP8 kodiert für einen Tonoplasten-lokalisierten Mn-Transporter, der unter Fe-Mangel hochreguliert wird. Der chlorotische Phenotyp der mtp8-Mutante konnte durch eine Blattdüngung mit Fe wie auch durch Ausschluss von Mn aus dem Nährmedium revertiert werden, was darauf hindeutete, dass Fe-Mangel durch Mn verursacht wurde. Da Fe-defiziente Pflanzen unter Fe-Mangel einen Überschuss an Mn aufnehmen, wird MTP8 für die Sequestrierung von Mnin die Vakuole benötigt, das anderenfalls die Reduktion von Fe vor der Aufnahme inhibiert. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass MTP8 verstärkt in reifen Embryonen exprimiert wird, wo der Transporter für die Mn-Anreicherung in der subepidermalen Zellschicht auf der abaxialen Seite der Kotyledonen verantwortlich war.

To identify genes involved in tolerance to Fe deficiency-induced chlorosis in plants, T-DNA insertion lines of Arabidopsis were grown on high-pH agar medium with low Fe availability. This forward screening approach allowed identifying two mutants defective in MTP8 gene expression which developed extensive Fe deficiency-induced chlorosis. MTP8 encodes a tonoplastMn transporter that turned out to be upregulated under Fe deficiency. Besides applying an Fe leaf spray, the chlorotic phenotype of mtp8 mutants was rescued by exclusion of Mn from the medium, indicating that Fe deficiency was caused by Mn. As Fe-deficient plants take up excess Mn under Fe deficiency, MTP8 was found to be required for vacuolar sequestration of Mn, which otherwise inhibit ferric chelate reduction. Furthermore, MTP8was found to be highly expressed in maturing embryos, where it was responsible for Mn enrichment in the sub-epidermal cell layer of the abaxial side of the cotyledons.