A dominant‐negative Arabidopsis cation exchanger 1 (CAX1): N‐terminal autoinhibition and membrane topology

拟南芥 生物 野生型 表型 拟南芥 酵母 细胞生物学 遗传学 基因 突变体
作者
Shayan Sarkar,Hormat Shadgou Rhein,Jon K. Pittman,Kendal D. Hirschi
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1111/tpj.16966
摘要

SUMMARY Calcium (Ca 2+ ) is essential for plant growth and cellular homeostasis, with cation exchangers (CAXs) regulating Ca 2+ transport into plant vacuoles. In Arabidopsis, multiple CAXs feature a common structural arrangement, comprising an N‐terminal autoinhibitory domain followed by two pseudosymmetrical modules. Mutations in CAX1 enhance stress tolerance, notably tolerance to anoxia (a condition marked by oxygen depletion), crucial for flood resilience. Here we engineered a dominant‐negative CAX1 variant, named ½N‐CAX1, incorporating the autoinhibitory domain and the N‐terminal pseudosymmetrical module, which, when expressed in wild‐type Arabidopsis plants, phenocopied the anoxia tolerance of cax1 . Physiological evaluations, yeast assays, and calcium imaging demonstrated that wild‐type plants expressing ½N‐CAX1 have phenotypes consistent with inhibition of CAX1, which is likely through direct interaction of ½N‐CAX1 with CAX1. Eliminating segments within the N‐terminal pseudosymmetrical module, as well as incorporating modules from other plant CAXs and expressing these variants into wild‐type plants, failed to produce anoxia tolerance. This underscores the requirement for both the CAX1 autoinhibitory domain and the intact pseudosymmetrical module to produce the dominant‐negative phenotype. Our study elucidates the interaction of this ½N‐CAX1 variant with CAX1 and its impact on anoxia tolerance, offering insights into further approaches for engineering plant stress tolerance.
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