Transcriptional and Morpho-Physiological Responses of Marchantia polymorpha upon Phosphate Starvation

多形马尔汉坦 生物 基因 转录因子 植物进化 细胞生物学 拟南芥 生物化学 磷酸盐 植物 突变体 基因组
作者
Félix Rico-Reséndiz,Sergio Alan Cervantes-Pérez,Annie Espinal‐Centeno,Melissa Dipp-Álvarez,Araceli Oropeza‐Aburto,Enrique Hurtado-Bautista,Andrés Cruz‐Hernández,John L. Bowman,Kimitsune Ishizaki,Mario A. Arteaga‐Vázquez,Luís Herrera‐Estrella,Alfredo Cruz‐Ramírez
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:21 (21): 8354-8354 被引量:27
标识
DOI:10.3390/ijms21218354
摘要

Phosphate (Pi) is a pivotal nutrient that constraints plant development and productivity in natural ecosystems. Land colonization by plants, more than 470 million years ago, evolved adaptive mechanisms to conquer Pi-scarce environments. However, little is known about the molecular basis underlying such adaptations at early branches of plant phylogeny. To shed light on how early divergent plants respond to Pi limitation, we analyzed the morpho-physiological and transcriptional dynamics of Marchantia polymorpha upon Pi starvation. Our phylogenomic analysis highlights some gene networks present since the Chlorophytes and others established in the Streptophytes (e.g., PHR1–SPX1 and STOP1–ALMT1, respectively). At the morpho-physiological level, the response is characterized by the induction of phosphatase activity, media acidification, accumulation of auronidins, reduction of internal Pi concentration, and developmental modifications of rhizoids. The transcriptional response involves the induction of MpPHR1, Pi transporters, lipid turnover enzymes, and MpMYB14, which is an essential transcription factor for auronidins biosynthesis. MpSTOP2 up-regulation correlates with expression changes in genes related to organic acid biosynthesis and transport, suggesting a preference for citrate exudation. An analysis of MpPHR1 binding sequences (P1BS) shows an enrichment of this cis regulatory element in differentially expressed genes. Our study unravels the strategies, at diverse levels of organization, exerted by M. polymorpha to cope with low Pi availability.
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