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Functional characterization of NRAMP3 and NRAMP4 from the metal hyperaccumulator Thlaspi caerulescens

Authors :
Pierre Richaud
Ronald Oomen
Hélène Barbier-Brygoo
Jian Wu
Sébastien Thomine
Françoise Lelièvre
Mark G. M. Aarts
Sandrine Blanchet
Institut des sciences du végétal (ISV)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes (BPMP)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Laboratory of Genetics
Wageningen University and Research [Wageningen] (WUR)
Institute of Vegetables and Flowers (IVF)
Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS)
Bioénergie et Microalgues (EBM)
Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille (ex-IBEB) (BIAM)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Biologie végétale et microbiologie environnementale - UMR7265 (BVME)
UMR Biolologie Végétale & Microbiologie Environementale
Université de Montpellier (UM)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Wageningen University and Research Centre [Wageningen] (WUR)
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Environnement, Bioénergie, Microalgues et Plantes (EBMP)
Institut des sciences du végétal ( ISV )
Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes ( BPMP )
Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Institut national de la recherche agronomique [Montpellier] ( INRA Montpellier ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro )
Wageningen University and Research Centre [Wageningen] ( WUR )
Institute of Vegetables and Flowers ( IVF )
Chinese Academy of Agricultural Sciences ( CAAS )
Laboratoire de Bioénergétique et Biotechnologie des Bactéries et Microalgues ( L3BM )
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA )
Biologie végétale et microbiologie environnementale - UMR7265 ( BVME )
Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Aix Marseille Université ( AMU )
Source :
New Phytologist, New Phytologist, Wiley, 2009, 181 (3), pp.637-50. ⟨10.1111/j.1469-8137.2008.02694.x⟩, New Phytologist, 181(3), 637-650, New Phytologist 181 (2009) 3, New Phytologist, 2009, 181 (3), pp.637-50. ⟨10.1111/j.1469-8137.2008.02694.x⟩, New Phytologist, Wiley, 2009, 181 (3), pp.637-50. 〈10.1111/j.1469-8137.2008.02694.x〉
Publication Year :
2009
Publisher :
HAL CCSD, 2009.

Abstract

International audience; The ability of metal hyperaccumulating plants to tolerate and accumulate heavy metals results from adaptations of metal homeostasis. NRAMP metal transporters were found to be highly expressed in some hyperaccumulating plant species. Here, we identified TcNRAMP3 and TcNRAMP4, the closest homologues to AtNRAMP3 and AtNRAMP4 in Thlaspi caerulescens and characterized them by expression analysis, confocal imaging and heterologous expression in yeast and Arabidopsis thaliana. TcNRAMP3 and TcNRAMP4 are expressed at higher levels than their A. thaliana homologues. When expressed in yeast TcNRAMP3 and TcNRAMP4 transport the same metals as their respective A. thaliana orthologues: iron (Fe), manganese (Mn) and cadmium (Cd) but not zinc (Zn) for NRAMP3; Fe, Mn, Cd and Zn for NRAMP4. They also localize at the vacuolar membrane in A. thaliana protoplasts. Inactivation of AtNRAMP3 and AtNRAMP4 in A. thaliana results in strong Cd and Zn hypersensitivity, which is fully rescued by TcNRAMP3 or TcNRAMP4 expression. However, metal tolerance conferred by TcNRAMP expression in nramp3nramp4 mutant does not exceed that of wild-type A. thaliana. Our data indicate that the difference between TcNRAMP3 and TcNRAMP4 and their A. thaliana orthologues does not lie in a different protein function, but probably resides in a different expression level or expression pattern.

Subjects

Subjects :
0106 biological sciences
iron transport
Mutant
Arabidopsis
Plant Science
MESH : Green Fluorescent Proteins
01 natural sciences
Laboratorium voor Plantenveredeling
Arabidopsis thaliana
MESH : Cadmium
transporter genes
0303 health sciences
food and beverages
NRAMP
Zinc
Laboratory of Genetics
MESH : Vacuoles
MESH : Cloning, Molecular
zinc transporter
Recombinant Fusion Proteins
Molecular Sequence Data
Saccharomyces cerevisiae
Laboratorium voor Erfelijkheidsleer
MESH: Vacuoles
03 medical and health sciences
MESH: Green Fluorescent Proteins
Thlaspi caerulescens
Botany
MESH: Recombinant Fusion Proteins
MESH: Cloning, Molecular
MESH: DNA, Plant
MESH: Metals
MESH: Molecular Sequence Data
MESH : Metals
fungi
Plant Breeding
Mutation
MESH : Gene Expression Regulation, Plant
MESH: Genome, Plant
[ SDV.BV ] Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology
MESH : Molecular Sequence Data
MESH : DNA, Complementary
Physiology
MESH : Saccharomyces cerevisiae
MESH : Thlaspi
medicine.disease_cause
MESH: Zinc
expression differences
MESH : Arabidopsis
Gene Expression Regulation, Plant
MESH: Arabidopsis
Cloning, Molecular
Plant Proteins
metal transport
zinc (Zn)
MESH: Genetic Complementation Test
biology
MESH: Plant Proteins
EPS-3
MESH: Saccharomyces cerevisiae
MESH : Genome, Plant
MESH: Intracellular Membranes
MESH : DNA, Plant
Biochemistry
Metals
saccharomyces-cerevisiae
MESH : Mutation
hyperaccumulator
Genome, Plant
DNA, Complementary
MESH: Mutation
MESH : Recombinant Fusion Proteins
DNA, Plant
cadmium
heavy-metal
MESH: Biological Transport
Green Fluorescent Proteins
MESH: Cadmium
MESH: Thlaspi
arabidopsis-thaliana
MESH : Plant Proteins
medicine
[SDV.BV]Life Sciences [q-bio]/Vegetal Biology
Hyperaccumulator
MESH: Gene Expression Regulation, Plant
030304 developmental biology
MESH : Genetic Complementation Test
cadmium (Cd)
ACL
Genetic Complementation Test
Biological Transport
MESH : Zinc
Intracellular Membranes
MESH: DNA, Complementary
biology.organism_classification
Yeast
Thlaspi
MESH : Biological Transport
MESH : Intracellular Membranes
Vacuoles
Zinc toxicity
gene encodes
Heterologous expression
protein
010606 plant biology & botany

Details

Language :
English
ISSN :
0028646X and 14698137
Database :
OpenAIRE
Journal :
New Phytologist, New Phytologist, Wiley, 2009, 181 (3), pp.637-50. ⟨10.1111/j.1469-8137.2008.02694.x⟩, New Phytologist, 181(3), 637-650, New Phytologist 181 (2009) 3, New Phytologist, 2009, 181 (3), pp.637-50. ⟨10.1111/j.1469-8137.2008.02694.x⟩, New Phytologist, Wiley, 2009, 181 (3), pp.637-50. 〈10.1111/j.1469-8137.2008.02694.x〉
Accession number :
edsair.doi.dedup.....3b456fdafffccbb3994c0d3a53119dbc
Full Text :
https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2008.02694.x⟩