Differential activation of H + -ATPase genes by an arbuscular mycorrhizal fungus in root cells of transgenic tobacco

Abstract

In arbuscular mycorrhizas, H+-ATPase is active in the plant membrane around arbuscules but absent from plant mutants defective in arbuscule development (Gianinazzi-Pearson et al. 1995, Can J Bot 73: S526-S532). The proton-pumping H+-ATPase is encoded by a family of genes in plants. Immunocytochemical studies and promoter-gusA fusion assays were performed in transgenic tobacco (Nicotiana tabacum L.) to determine whether the periarbuscular enzyme activity results from de-novo activation of plant genes by an arbuscular mycorrhizal fungus. The H+-ATPase protein was localized in the plant membrane around arbuscule hyphae. The enzyme was absent from non-colonized cortical cells. Regulation of seven H+-ATPase genes (pma) was compared in non-mycorrhizal and mycorrhizal roots by histochemical detection of beta-glucuronidase (GUS) activity. Two genes (pma2, pma4) were induced in arbuscule-containing cells of mycorrhizal roots but not in non-mycorrhizal cortical tissues or senescent mycorrhiza. It is concluded that de-novo H+-ATPase activity in the periarbuscular membrane results from selective induction of two H+-ATPase genes, which can have diverse roles in plant-fungal interactions at the symbiotic interface.

A Mycorrhizal-Specific Ammonium Transporter from Lotus japonicus Acquires Nitrogen Released by Arbuscular Mycorrhizal Fungi

“…We suggest that, together with the protons, which are actively transported into the interfacial apoplast by the plant and also by fungal H + -ATPases (Murphy et al, 1997;Gianinazzi-Pearson et al, 2000;Krajinski et al, 2002;Requena et al, 2003;Balestrini et al, 2007), the protons coming from the NH 4 + deprotonation process remain in the interface space and maintain or even reinforce the gradient for H + -dependent transport processes (Fig. 9).…”

Symbiotic Status, Phosphate, and Sucrose Regulate the Expression of Two Plasma Membrane H+-ATPase Genes from the Mycorrhizal Fungus Glomus mosseae

“…In barley (Hordeum vulgare), Murphy et al (1997) described the first plant H ϩ -ATPase to be differentially expressed in response to mycorrhizal colonization. More recently, at least two H ϩ -ATPase isoforms have been identified in the interaction of mycorrhizal fungi and tobacco (Nicotiana tabacum; Gianinazzi-Pearson et al, 2000). By using ␤-glucuronidase-fused promoter constructs, these authors showed induction of these two isoforms in arbuscule-containing cells.…”

Atividade ATPásica e pirofosfatásica em microssomos de raízes de milho colonizadas com fungos micorrízicos arbusculares

“…A estimulação da atividade ATPásica verificada no presente estudo (Figura 2a) está em concordância com dados moleculares que relatam a capacidade do FMA em induzir a expressão de genes de H + -ATPases de membrana plasmática da planta hospedeira (Murphy et al, 1997;Gianinazzi-Pearson et al, 2000), mais especificamente identificada na membrana periarbuscular (Krajinski et al, 2002). A menor taxa de estimulação da atividade ATPásica 20 dias após o plantio pode estar correlacionada com o fato de que, neste estádio inicial da colonização, a área da raiz que apresenta arbúsculos é muito incipiente, comparada à ocorrência verificada aos 60 dias, estádio no qual tem sido observada a maior proliferação de arbúsculos na cultura do milho colonizada com FMAs do gênero Glomus (Alexander et al, 1989;Toth et al, 1990).…”

“…O desempenho inferior de Gm, no que tange à ativação das ATPases e PPases, pode estar relacionado com características da espécie que não forma vesículas e apresenta um tipo de colonização anatomicamente diferente de Gc, com hifas intercelulares mais esparsas e com uma menor freqüência de arbúsculos (Smith & Read, 1997). Dada a importância dessas estruturas no processo de troca bidirecional e na ativação de genes relacionados com à H + -ATPases de células corticais (Murphy et al, 1997;Gianinazzi-Pearson et al, 2000), pode-se esperar que o Gm seja menos efetivo em desencadear respostas na atividade das ATPases e PPases. Plantas inoculadas com Gc apresentaram concentrações de nutrientes (exceto N) e medidas de crescimento (exceto matéria fresca da parte aérea) superiores àquelas inoculadas com Gm que, todavia, apresentaram valores superiores aos obtidos com plantas não inoculadas, com exceção no conteúdo de Ca e matéria fresca da parte aérea (Quadro 1).…”

“…Murphy et al (1997) isolaram um fragmento de cDNA de H + -ATPases de plantas de cevada, o qual mostrou uma alta acumulação de transcritos em raízes inoculadas, quando comparado às das não inoculadas com FMA. Posteriormente, Gianinazzi-Pearson et al (2000) detectaram que a micorrização provocou a atividade de promotores relacionados com dois genes codificares para duas isoformas de H + -ATPases (pma2 e pma4) em células corticais de raízes de tabaco que continham arbúsculos. Krajinski et al (2002) revelaram a presença de um gene de H + -ATPases de plasmalema tecido-específico em Medicago truncatula (Mtha1), o qual é expresso apenas em células radiculares com arbúsculos.…”