Tonoplast CBL–CIPK calcium signaling network regulates magnesium homeostasis in Arabidopsis

拟南芥 液泡 突变体 细胞生物学 拟南芥 平衡 生物 信号转导 化学 生物化学 细胞质 基因
作者
Ren‐Jie Tang,Fugeng Zhao,Veder J. Garcia,Thomas J. Kleist,Lei Yang,Hong-Xia Zhang,Sheng Luan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:112 (10): 3134-3139 被引量:265
标识
DOI:10.1073/pnas.1420944112
摘要

Although Mg(2+) is essential for a myriad of cellular processes, high levels of Mg(2+) in the environment, such as those found in serpentine soils, become toxic to plants. In this study, we identified two calcineurin B-like (CBL) proteins, CBL2 and CBL3, as key regulators for plant growth under high-Mg conditions. The Arabidopsis mutant lacking both CBL2 and CBL3 displayed severe growth retardation in the presence of excess Mg(2+), implying elevated Mg(2+) toxicity in these plants. Unexpectedly, the cbl2 cbl3 mutant plants retained lower Mg content than wild-type plants under either normal or high-Mg conditions, suggesting that CBL2 and CBL3 may be required for vacuolar Mg(2+) sequestration. Indeed, patch-clamp analysis showed that the cbl2 cbl3 mutant exhibited reduced Mg(2+) influx into the vacuole. We further identified four CBL-interacting protein kinases (CIPKs), CIPK3, -9, -23, and -26, as functionally overlapping components downstream of CBL2/3 in the signaling pathway that facilitates Mg(2+) homeostasis. The cipk3 cipk9 cipk23 cipk26 quadruple mutant, like the cbl2 cbl3 double mutant, was hypersensitive to high-Mg conditions; furthermore, CIPK3/9/23/26 physically interacted with CBL2/3 at the vacuolar membrane. Our results thus provide evidence that CBL2/3 and CIPK3/9/23/26 constitute a multivalent interacting network that regulates the vacuolar sequestration of Mg(2+), thereby protecting plants from Mg(2+) toxicity.
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