Comparative effect of potassium on K and Na uptake and transport in two accessions of Arabidopsis thaliana during salinity stress

Potassium-sodium interaction was compared in two natural accessions of Arabidopsis thaliana, Columbia-0 and NOK2. Seedlings were grown in the presence of 0 or 50 mM NaCl and 0.1; 0.625 or 2.5 mM K+. At the lowest K+ concentration, salt treatment inhibited both K+ uptake and growth. Increasing the K+ availability did not modified salt response in Columbia-0, but restored nearly normal net K+ uptake in NaCl condition and alleviated NaCl growth reduction in NOK2. The effect of K+ and NaCl on transcript level of several K+ and Na+ transporters in both shoots and roots was assessed using semi-quantitative RT-PCR. The mRNA abundance of the NHX1 and SOS1 Na+/H+ antiporters was significantly increased by 50 mM NaCl in the two accessions. NHX1, which is responsible for Na+ sequestration into vacuoles, was more up-regulated in NOK2 leaves than in Columbia-0's in NaCl stress condition. AKT1, which is the major channel involved in K+ absorption, was down-regulated in salt stress condition, but was not responding to K+ treatments. Only in NOK2, SKOR and AKT2, which respectively control xylem and phloem K+ transport, were markedly up-regulated by 2.5 mM K+ in both roots and shoots, independently of NaCl. Phenotypic and gene expression analyses suggest that the relative salt tolerance of NOK2 is mainly due to a high ability to sequester Na+ in the vacuole and to take up and transport K+. Up-regulation of SKOR and AKT2 by K+, and of NHX1 by NaCl could participate in determining this phenotype. To cite this article: R. Kaddour et al., C. R. Biologies 332 (2009).

RésuméL'interaction potassium-sodium est comparée entre deux lots d'Arabidopsis thaliana, référencés Columbia-0 et NOK2, issus de population naturelle. Les plantes sont cultivées en présence de 0.1 ; 0.625 ou 2.5 mM K+, avec ou sans NaCl 50 mM. A la plus faible concentration de K+, le sel diminue l'absorption de K+ et la vitesse de croissance. L'augmentation de la concentration de K+ en présence de sel ne modifie pas l'absorption de cet ion chez Columbia-0, mais elle la rétablit à sa valeur normale, tout en restaurant la croissance chez NOK2. Les effets de K+ et de NaCl sur l'abondance des transcrits de quelques systèmes de transport de K+ et Na+ dans les parties aériennes et les racines sont étudiés à l'aide d'une RT-PCR semi-quantitative. Le niveau de transcription des gènes des deux antiports Na+/H+ NHX1 et SOS1 est significativement augmenté en présence de NaCl pour les deux accessions. NHX1, antiport responsable de la séquestration de Na+ dans les vacuoles, est davantage exprimé dans les feuilles de NOK2 par comparaison avec Columbia-0, en présence de NaCl. Quant à AKT1, canal majeur impliqué dans l'absorption de K+, il est sous exprimé en présence de sel, mais il est insensible à la variation de la concentration de K+. Chez NOK2, SKOR et AKT2, qui codent des canaux impliqués dans le contrôle du transport de K+ respectivement dans le xylème et le phloème, sont surexprimés en présence de 2.5 mM K+ dans les racines et les feuilles, indépendamment de NaCl. Cette comparaison des phénotypes et de l'expression des gènes suggère que la tolérance au sel de NOK2 est due essentiellement à sa forte capacité de séquestrer Na+ dans les vacuoles et de prélever et de transporter K+. La surexpression de SKOR et AKT2 par K+, et de NHX1 par NaCl pourraient participer dans la détermination de ce phénotype. Pour citer cet article : R. Kaddour et al., C. R. Biologies 332 (2009).