Auxin-mediated root branching is determined by the form of available nitrogen

质外体 原基 生长素 侧根 根毛 开枪 根系 细胞生物学 生物物理学 植物 生物 化学 拟南芥 生物化学 细胞壁 基因 突变体 有机化学
作者
Markus Meier,Ying Liu,Katerina S. Lay-Pruitt,Hideki Takahashi,Nicolaus von Wirén
出处
期刊:Nature plants [Nature Portfolio]
卷期号:6 (9): 1136-1145 被引量:143
标识
DOI:10.1038/s41477-020-00756-2
摘要

To improve water and nutrient acquisition from the soil, plants can modulate their root system architecture. Despite the importance of changes in root architecture to exploit local nutrient patches occurring in heterogenous soils or after placed fertilization, mechanisms integrating external nutrient signals into the root developmental programme remain poorly understood. Here, we show that local ammonium supply stimulates the accumulation of shoot-derived auxin in the root vasculature and promotes lateral root emergence to build a highly branched root system. Activities of pH and auxin reporters indicate that ammonium uptake mediated by ammonium transporters acidifies the root apoplast, which increases pH-dependent import of protonated auxin into cortical and epidermal cells overlaying lateral root primordia, and subsequently promotes their emergence from the parental root. Thereby, ammonium-induced and H+-ATPase-mediated acidification of the apoplast allows auxin to bypass the auxin importers AUX1 and LAX3. In nitrogen-deficient plants, auxin also accumulates in the root vasculature but a more alkaline apoplast leads to retention of auxin in these tissues and prevents lateral root formation. Our study highlights the impact of externally available nitrogen forms on pH-dependent radial auxin mobility and its regulatory function in organ development.
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