Functional characterization of the mitochondrial adenine nucleotide transporter (ADNT1) in Arabidopsis thaliana under dark-induced senescence

Abstract

Unlike other ADP/ATP carriers, ADNT1 is the only one that mediates an antiport of ATP, AMP, and, to a lesser extent, ADP and the corresponding deoxyadenine nucleotides. Previous work observed that ADNT1 expression is much stronger in root tips and senescing tissues. Considering the high expression of ADNT1 in senescing tissues, we have investigated the role of ADNT1 during the process of dark-induced senescence. Under these conditions, Arabidopsis thaliana mutants deficient in the expression of ADNT1 transporter displayed a similar, yet milder, early onset of senescence as evidenced both by the visual phenotype of plants following growth in extended periods of darkness and the loss of chlorophyll and photosynthetic competence. The extended dark treatment led in general to a more rapidly decline in the mutants than in the wild type in the levels of sucrose and protein. By contrast, the levels of total amino acids and TCA cycle intermediates malate, fumarate and isocitrate generally increased significantly in the mutants at the end of dark treatment. The NADH/NAD + and NADPH/NADP+ ratios also increased in mutants in comparison to the wild type with progression of the darkness. Additionally, the mutant plants exhibited symptoms of early senescence in comparison to the wild type even under optimal conditions. Altogether the data obtained demonstrate that ADNT1 is not functionally redundant to the previously characterized ADP/ATP carriers, especially during carbon starvation and reinforce the potential function for ADNT1 in the provision of energy which is required to support growth in heterotrophic plant tissues.

Ao contrário de outros transportadores de ADP/ATP, ADNT1 é o único que medeia um antiporte um de ATP preferencialmente por AMP, e, em menor grau, por ADP. Um trabalho prévio sugere que a expressão ADNT1 é maior em pontas de raízes e em tecidos senescentes. Considerando a elevada expressão de ADNT1 em tecidos senescentes, nos propusemos a investigar o papel do ADNT1 durante o processo de senescência induzida pelo escuro. Sob estas condições, plantas mutantes de Arabidopsis thaliana deficientes na expressão do transportador ADNT1 exibiram uma senescência antecipada em relação ao tipo selvagem, como evidenciado tanto pelo fenótipo visual das plantas após o crescimento em longos períodos de escuridão, como pela perda de clorofilas e da capacidade fotossintética. O tratamento prolongado de escuro levou, em geral, a um declínio mais rápido nos mutantes do que nos do tipo selvagem nos teores de clorofila e nos níveis de sacarose e de proteínas. Por outro lado, os níveis de aminoácidos totais e de alguns intermediários do ciclo TCA, como malato, fumarato e isocitrato geralmente aumentaram significativamente nos mutantes no final do tratamento de escuro. As razões NADH/NAD + e NADPH/NADP+ também se apresentaram maiores nos mutantes em comparação com o tipo selvagem, com a progressão da escuridão. Além disso, as plantas mutantes apresentaram sintomas de senescência precoce em comparação ao tipo selvagem, mesmo sob condições tidas como não estressantes. Estes dados demonstram, assim, que ADNT1 não é funcionalmente redundante aos previamente caracterizados transportadores de ADP/ATP, especialmente durante a falta de carbono, e reforçam a função potencial de ADNT1 no fornecimento da energia necessária para suportar o crescimento de tecidos vegetais heterotróficos.