Phosphate-dependent regulation of vacuolar trafficking of OsSPX-MFSs is critical for maintaining intracellular phosphate homeostasis in rice

生物 液泡 细胞生物学 突变体 细胞内 磷酸盐 生物化学 圆周率 互补 拟南芥 水通道蛋白 细胞外 运输机 拟南芥 基因 细胞质
作者
Runze Guo,Qi Zhang,Kun Qian,Yinghui Ying,Wenying Liao,Ge Lin,Chuanzao Mao,Yong Wang,James Whelan,Huixia Shou
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier]
卷期号:16 (8): 1304-1320 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.molp.2023.07.004
摘要

Vacuolar storage of inorganic phosphate (Pi) is essential for Pi homeostasis in plants. The SPX-MFS family proteins have been demonstrated to be vacuolar Pi transporters in many plant species. Transcriptional regulation of the predominant transporter among rice SPX-MFSs, OsSPX-MFS3, was only moderately suppressed by Pi starvation. Thus, post-transcriptional mechanisms were hypothesized to regulate the activity of OsSPX-MFS3. In this study, we found that the tonoplast localization of OsSPX-MFSs is inhibited under Pi-depleted conditions, resulting in their retention in the pre-vacuolar compartments (PVCs). A yeast two-hybrid screen identified that two SNARE proteins, OsSYP21 and OsSYP22, interact with the MFS domain of OsSPX-MFS3. Further genetic and cytological analyses indicate that OsSYP21 and OsSYP22 facilitate trafficking of OsSPX-MFS3 from PVCs to the tonoplast. Although a homozygous frameshift mutation in OsSYP22 appeared to be lethal, tonoplast localization of OsSPX-MFS3 was significantly inhibited in transgenic plants expressing a negative-dominant form of OsSYP22 (OsSYP22-ND), resulting in reduced vacuolar Pi concentrations in OsSYP22-ND plants. Under Pi-depleted conditions, the interaction between OsSYP22 and OsSPX-MFS3 was disrupted, and this process depended on the presence of the SPX domain. Deleting the SPX domains of OsSPX-MFSs resulted in their tonoplast localization under both Pi-depleted and Pi-replete conditions. Complementation of the osspx-mfs1/2/3 triple mutants with the MFS domain or the SPX domain of OsSPX-MFS3 confirmed that the MFS and SPX domains are responsive to Pi transport activity and Pi-dependent regulation, respectively. These data indicated that the SPX domains of OsSPX-MFSs sense cellular Pi (InsP) levels and, under Pi-depleted conditions, inhibit the interaction between OsSPX-MFSs and OsSYP21/22 and subsequent trafficking of OsSPX-MFSs from PVCs to the tonoplast.

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