Signaling mechanisms and transcriptional regulation underlying abiotic stress tolerance in crops cultivated on acidic soils

Abstract

Ocupando metade das terras aráveis do mundo, os solos ácidos são comuns em países em desenvolvimento localizados nos trópicos e subtrópicos, onde a população em crescimento exige aumento na produção de alimentos. Em solos tropicais ácidos, as maiores limitações abióticas para a produção agrícola são a toxidez de alumínio (Al), a baixa disponibilidade de fósforo (P) e o estresse hídrico. Inicialmente, neste estudo apresentamos uma revisão buscando por elementos comuns, como fatores de transcrição (FTs) e moléculas de sinalização, que possam mediar o controle pleiotrópico de estresses abióticos coexistentes em solos ácidos. O FT zinc figer do tipo C2H2, AtSTOP1, é um candidato para esse papel pleiotrópico, pois está envolvido na regulação da tolerância ao Al, deficiência de P e respostas à seca em Arabidopsis. Além disso, AtWRKY46 atua na tolerância ao Al e na resposta à seca, com uma possível função na melhoria da aquisição de P e AtMYB2 regula tanto a deficiência de P quanto a tolerância à seca. O possível papel unificador desses e de outros FTs na tolerância ao estresse abiótico os torna potencialmente úteis em programas de melhoramento visando a adaptação do sorgo à solos tropicais. Em sorgo, o transportador localizado na membrana plasmática, SbMATE, confere tolerância ao Al via liberação de citrato ativado por Al na rizosfera. Foi demonstrado que os FTs, SbWRKY1 e SbZNF1, se ligam a cis-elementos em regiões repetidas que flanqueiam um elemento transponível no promotor do gene SbMATE, cooperativamente ativando sua expressão. Assim, nós objetivamos investigar os mecanismos moleculares pelos quais SbWRKY1 e SbZNF1 regulam transcricionalmente SbMATE. Identificamos que SbWRKY1, pertencente ao grupo III dos FTs WRKY, contém um raro heptapeptídeo, WRKYGEK, e reconhece um novo cis-elemento de interação ao DNA de FTs WRKY. Ensaios de localização subcelular mostraram que SbZNF1 e SbWRKY1 estão localizados na membrana plasmática e no núcleo, respectivamente. Ambos os FTs interagem fisicamente na membrana plasmática e, sob exposição a Al+3, SbZNF1 é mobilizado para o núcleo de uma maneira dependente de SbWRKY1. Este estudo mostra que SbZNF1 detecta o Al+3 e transmite o sinal para o núcleo, o que pode contribuir para a ação sinérgica previamente observada de SbZNF1 e SbWRKY1 na expressão de SbMATE.