title: The CBL-Interacting Protein Kinase CIPK23 Regulates HAK5-Mediated High-Affinity K+ Uptake in Arabidopsis Roots.
abstract: Plant growth and development requires efficient acquisition of essential elements. Potassium (K(+)) is an important macronutrient present in the soil solution at a wide range of concentrations. Regulation of the K(+) uptake systems in the roots is essential to secure K(+) supply. It has been shown in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) that when the external K(+) concentration is very low (<10 µm), K(+) nutrition depends exclusively on the high-affinity K(+) transporter5 (HAK5). Low-K(+)-induced transcriptional activation of the gene encoding HAK5 has been previously reported. Here, we show the posttranscriptional regulation of HAK5 transport activity by phosphorylation. Expression in a heterologous system showed that the Ca(2+) sensors calcineurin B-like (CBL1), CBL8, CBL9, and CBL10, together with CBL-interacting protein kinase23 (CIPK23), activated HAK5 in vivo. This activation produced an increase in the affinity and the Vmax of K(+) transport. In vitro experiments show that the N terminus of HAK5 is phosphorylated by CIPK23. This supports the idea that phosphorylation of HAK5 induces a conformational change that increases its affinity for K(+). Experiments of K(+) (Rb(+)) uptake and growth measurements in low-K(+) medium with Arabidopsis single mutants hak5, akt1, and cipk23, double mutants hak5 akt1, hak5 cipk23, and akt1 cipk23, and the triple mutant hak5 akt1 cipk23 confirmed the regulatory role of CIPK23 in planta.
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.).
authors.forename: Paula
authors.initials: P
authors.lastname: Ragel
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.).
authors.forename: Reyes
authors.initials: R
authors.lastname: Ródenas
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.).
authors.forename: Elena
authors.initials: E
authors.lastname: García-Martín
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.).
authors.forename: Zaida
authors.initials: Z
authors.lastname: Andrés
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.).
authors.forename: Irene
authors.initials: I
authors.lastname: Villalta
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.).
authors.forename: Manuel
authors.initials: M
authors.lastname: Nieves-Cordones
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.).
authors.forename: Rosa M
authors.identifier: http://orcid.org/0000-0003-3880-0241
authors.initials: RM
authors.lastname: Rivero
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.).
authors.forename: Vicente
authors.initials: V
authors.lastname: Martínez
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.).
authors.forename: Jose M
authors.identifier: http://orcid.org/0000-0003-4510-8624
authors.initials: JM
authors.lastname: Pardo
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.) fjquintero@irnase.csic.es frubio@cebas.csic.es.
authors.forename: Francisco J
authors.identifier: http://orcid.org/0000-0001-8718-2975
authors.initials: FJ
authors.lastname: Quintero
authors.affiliation: Departamento de Biotecnología Vegetal, Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Sevilla E-41012, Spain (P.R., E.G.-M., Z.A., I.V., J.M.P., F.J.Q.);Departamento de Nutrición Vegetal, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus de Espinardo, Murcia 30100, Spain (R.R., R.M.R., V.M., F.R.); andBiochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des Plantes, Unité Mixte de Recherche 5004 Centre National de la Recherche Scientifique/Unité Mixte de Recherche 0386 Institut National de la Recherche Agronomique/Montpellier SupAgro/Université Montpellier 2, 34060 Montpellier cedex 2, France (M.N.-C.) fjquintero@irnase.csic.es frubio@cebas.csic.es.
authors.forename: Francisco
authors.identifier: http://orcid.org/0000-0001-7640-9548
authors.initials: F
authors.lastname: Rubio
mesh_terms: D017360:Arabidopsis / Q000235:genetics / Q000378:metabolism*; D029681:Arabidopsis Proteins / Q000235:genetics / Q000378:metabolism*; D001667:Binding, Competitive; D002135:Calcium-Binding Proteins / Q000235:genetics / Q000378:metabolism; D017136:Ion Transport; D007700:Kinetics; D009154:Mutation; D010766:Phosphorylation; D018517:Plant Roots / Q000235:genetics / Q000378:metabolism*; D011188:Potassium / Q000378:metabolism*; D027961:Potassium-Hydrogen Antiporters / Q000235:genetics / Q000378:metabolism*; D011485:Protein Binding; D017346:Protein Serine-Threonine Kinases / Q000235:genetics / Q000378:metabolism*; D012413:Rubidium / Q000378:metabolism; D020798:Two-Hybrid System Techniques
chemical_list: D029681:Arabidopsis Proteins; C484078:CBL10 protein, Arabidopsis; C514582:CBL9 protein, Arabidopsis; D002135:Calcium-Binding Proteins; D027961:Potassium-Hydrogen Antiporters; C483419:calcineurin B-like protein 1, Arabidopsis; C501258:potassium transporter, Arabidopsis; C514581:CIPK23 protein, Arabidopsis; D017346:Protein Serine-Threonine Kinases; D012413:Rubidium; D011188:Potassium