Functional characterisation of NIC2, a member of the MATE family from Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
Funktionale Charakterisierung von NIC2, einem Mitglied der MATE Familie aus Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
- The multidrug and toxic compounds extrusion (MATE) family includes hundreds of functionally uncharacterised proteins from bacteria and all eukaryotic kingdoms except the animal kingdom, that function as drug/toxin::Na<sup>+ or H<sup>+ antiporters. In Arabidopsis thaliana the MATE family comprises 56 members, one of which is NIC2 (Novel Ion Carrier 2). Using heterologous expression systems including Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae, and the homologous expression system of Arabidopsis thaliana, the functional characterisation of NIC2 was performed. It has been demonstrated that NIC2 confers resistance of E. coli towards the chemically diverse compounds such as tetraethylammonium chloride (TEACl), tetramethylammonium chloride (TMACl) and a toxic analogue of indole-3-acetic acid, 5-fluoro-indole-acetic acid (F-IAA). Therefore, NIC2 may be able to transport a broad range of drug and toxic compounds. In wild-type yeast the expression of NIC2 increased the tolerance towards lithium and sodium, but not towards potassium andThe multidrug and toxic compounds extrusion (MATE) family includes hundreds of functionally uncharacterised proteins from bacteria and all eukaryotic kingdoms except the animal kingdom, that function as drug/toxin::Na<sup>+ or H<sup>+ antiporters. In Arabidopsis thaliana the MATE family comprises 56 members, one of which is NIC2 (Novel Ion Carrier 2). Using heterologous expression systems including Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae, and the homologous expression system of Arabidopsis thaliana, the functional characterisation of NIC2 was performed. It has been demonstrated that NIC2 confers resistance of E. coli towards the chemically diverse compounds such as tetraethylammonium chloride (TEACl), tetramethylammonium chloride (TMACl) and a toxic analogue of indole-3-acetic acid, 5-fluoro-indole-acetic acid (F-IAA). Therefore, NIC2 may be able to transport a broad range of drug and toxic compounds. In wild-type yeast the expression of NIC2 increased the tolerance towards lithium and sodium, but not towards potassium and calcium. In A. thaliana, the overexpression of NIC2 led to strong phenotypic changes. Under normal growth condtions overexpression caused an extremely bushy phenotype with no apical dominance but an enhanced number of lateral flowering shoots. The amount of rossette leaves and flowers with accompanying siliques were also much higher than in wild-type plants and the senescence occurred earlier in the transgenic plants. In contrast, RNA interference (RNAi) used to silence NIC2 expression, induced early flower stalk development and flowering compared with wild-type plants. In additon, the main flower stalks were not able to grow vertically, but instead had a strong tendency to bend towards the ground. While NIC2 RNAi seedlings produced many lateral roots outgrowing from the primary root and the root-shoot junction, NIC2 overexpression seedlings displayed longer primary roots that were characterised by a 2 to 4 h delay in the gravitropic response. In addition, these lines exhibited an enhanced resistance to exogenously applied auxins, i.e. indole-3-acetic acid (IAA) and indole-3-butyric acid (IBA) when compared with the wild-type roots. Based on these results, it is suggested that the NIC2 overexpression and NIC2 RNAi phenotypes were due to decreased or increased levels of auxin, respectively. The ProNIC2:GUS fusion gene revealed that NIC2 is expressed in the stele of the elongation zone, in the lateral root cap, in new lateral root primordia, and in pericycle cells of the root system. In the vascular tissue of rosette leaves and inflorescence stems, the expression was observed in the xylem parenchyma cells, while in siliques it was also in vascular tissue, but as well in the dehiscence and abscission zones. The organ- and tissue-specific expression sites of NIC2 correlate with the sites of auxin action in mature Arabidopsis plants. Further experiments using ProNIC2:GUS indicated that NIC2 is an auxin-inducible gene. Additionally, during the gravitropic response when an endogenous auxin gradient across the root tip forms, the GUS activity pattern of the ProNIC2:GUS fusion gene markedly changed at the upper side of the root tip, while at the lower side stayed unchanged. Finally, at the subcellular level NIC2-GFP fusion protein localised in the peroxisomes of Nicotana tabacum BY2 protoplasts. Considering the experimental results, it is proposed that the hypothetical function of NIC2 is the efflux transport which takes part in the auxin homeostasis in plant tissues probably by removing auxin conjugates from the cytoplasm into peroxisomes.…
- "Multidrug and Toxic Compounds Extrusion" (MATE) – Proteine sind Membranproteine, die eine Vielzahl komplexer und giftiger Substanzen transportieren können. Sie sind weit verbreitet und kommen in Bakterien und Höheren Organismen mit Ausnahme des Tierreichs vor. Insgesamt gibt es hunderte von bisher kaum untersuchten Genen dieser Familie, die eine hohe Sequenzhomologie aufweisen. In der Pflanze Arabidopsis thaliana wurden 56 Gene der MATE - Familie zugeordnet. Eines von ihnen, der "Novel Ion Carrier 2" (NIC2) wurde näher charakterisiert. Dafür wurden heterologe Expressionssysteme wie Bakterien (Escherichia coli) und Hefe (Saccharomyces cerevisiae) genutzt und transgene Pflanzen (Arabidopsis thaliana) hergestellt. Es wurde gezeigt, dass NIC2 Bakterien eine Resistenz gegenüber mehreren giftigen Stoffen verlieh. In Hefe erhöhte NIC2 die Salztoleranz gegenüber Lithium und Natrium, aber nicht gegenüber Kalium und Kalzium. Das deutet darauf hin, dass NIC2 diese Stoffe transportieren kann und so zur Entgiftung"Multidrug and Toxic Compounds Extrusion" (MATE) – Proteine sind Membranproteine, die eine Vielzahl komplexer und giftiger Substanzen transportieren können. Sie sind weit verbreitet und kommen in Bakterien und Höheren Organismen mit Ausnahme des Tierreichs vor. Insgesamt gibt es hunderte von bisher kaum untersuchten Genen dieser Familie, die eine hohe Sequenzhomologie aufweisen. In der Pflanze Arabidopsis thaliana wurden 56 Gene der MATE - Familie zugeordnet. Eines von ihnen, der "Novel Ion Carrier 2" (NIC2) wurde näher charakterisiert. Dafür wurden heterologe Expressionssysteme wie Bakterien (Escherichia coli) und Hefe (Saccharomyces cerevisiae) genutzt und transgene Pflanzen (Arabidopsis thaliana) hergestellt. Es wurde gezeigt, dass NIC2 Bakterien eine Resistenz gegenüber mehreren giftigen Stoffen verlieh. In Hefe erhöhte NIC2 die Salztoleranz gegenüber Lithium und Natrium, aber nicht gegenüber Kalium und Kalzium. Das deutet darauf hin, dass NIC2 diese Stoffe transportieren kann und so zur Entgiftung beziehungsweise erhöhter Stresstoleranz beiträgt. In Pflanzen führte die Überexpression von NIC2 zu dramatischen Änderungen im Wachstum. Die Pflanzen waren buschig ohne zentralen Blütenstand, hatten jedoch eine höhere Anzahl von Blättern und Blüten und längere Wurzeln mit einer im Vergleich zu den Wildtyppflanzen verzögerten gravitropen Antwort. In Gegensatz dazu entwickelten Pflanzen, in denen die Expression von NIC2 gehemmt wurde, früh einen zentralen Blütenstand, der allerdings nicht gerade wuchs, sondern die Tendenz hatte, sich zum Boden zu biegen. Das Wurzelsystem bestand aus einer Hauptwurzel und vielen sekundären Wurzeln und war im Vergleich zu den Wildtyppflanzen besser entwickelt. Vermutlich kann die Wuchsform auf einen veränderten Gehalt des Pflanzenhormons Auxin zurückgeführt werden. Die Expression von NIC2 wird durch Auxin induziert. Experimente, in denen die Aktivität eines Gens mit Hilfe eines Reportergens nachgewiesen wird, zeigten, dass NIC2 in Wurzeln, Blättern, Blütenstielen, Blüten und Schoten aktiv ist. Innerhalb der Zelle ist NIC2 in Peroxisomen lokalisiert. Peroxisomen sind kleine Organellen, die eine Rolle im Hormonstoffwechsel spielen können, wie z.B. im Fall von Auxinen. Die Daten sprechen dafür, dass NIC2 eine Funktion beim Auxintransport und somit bei der Auxin-Homöostase hat.…
