A Spatiotemporal DNA Endoploidy Map of the Arabidopsis Root Reveals Roles for the Endocycle in Root Development and Stress Adaptation

生物 内复制 拟南芥 拟南芥 转录组 体细胞 适应(眼睛) 细胞生物学 基因 植物 遗传学 基因表达 倍性 突变体 神经科学
作者
Rahul Bhosale,Véronique Boudolf,Fabiola Cuevas,Ran Lu,Thomas Eekhout,Zhubing Hu,Gert Van Isterdael,Georgina M. Lambert,Fan Xu,Moritz K. Nowack,Richard S. Smith,Ilse Vercauteren,Riet De Rycke,Véronique Storme,Tom Beeckman,John C. Larkin,Anna Kremer,Herman Höfte,David W. Galbraith,Robert P. Kumpf
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:30 (10): 2330-2351 被引量:96
标识
DOI:10.1105/tpc.17.00983
摘要

Somatic polyploidy caused by endoreplication is observed in arthropods, molluscs, and vertebrates but is especially prominent in higher plants, where it has been postulated to be essential for cell growth and fate maintenance. However, a comprehensive understanding of the physiological significance of plant endopolyploidy has remained elusive. Here, we modeled and experimentally verified a high-resolution DNA endoploidy map of the developing Arabidopsis thaliana root, revealing a remarkable spatiotemporal control of DNA endoploidy levels across tissues. Fitting of a simplified model to publicly available data sets profiling root gene expression under various environmental stress conditions suggested that this root endoploidy patterning may be stress-responsive. Furthermore, cellular and transcriptomic analyses revealed that inhibition of endoreplication onset alters the nuclear-to-cellular volume ratio and the expression of cell wall-modifying genes, in correlation with the appearance of cell structural changes. Our data indicate that endopolyploidy might serve to coordinate cell expansion with structural stability and that spatiotemporal endoreplication pattern changes may buffer for stress conditions, which may explain the widespread occurrence of the endocycle in plant species growing in extreme or variable environments.
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