Genetic Dissection of Fe-Dependent Signaling in Root Developmental Responses to Phosphate Deficiency

分生组织 拟南芥 拟南芥 细胞生物学 圆周率 生物 生物化学 化学 突变体 基因
作者
Xiaoyue Wang,Zhen Wang,Zai Zheng,Jinsong Dong,Li Song,Liqian Sui,Laurent Nussaume,Thierry Desnos,Dong Liu
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:179 (1): 300-316 被引量:74
标识
DOI:10.1104/pp.18.00907
摘要

The inhibition of primary root (PR) growth is a major developmental response of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) to phosphate (Pi) deficiency. Previous studies have independently uncovered key roles of the LOW PHOSPHATE RESPONSE1 (LPR1) ferroxidase, the tonoplast-localized ALUMINUM SENSITIVE3 (ALS3)/SENSITIVE TO ALUMINUM RHIZOTOXICITY1 (STAR1) transporter complex, and the SENSITIVE TO PROTON RHIZOTOXICITY1 (STOP1; a transcription factor)-ALUMINUM-ACTIVATED MALATE TRANSPORTER1 (ALMT1; a malate transporter) regulatory module in mediating this response by controlling iron (Fe) homeostasis in roots, but how these three components interact to regulate PR growth under Pi deficiency remains unknown. Here, we dissected genetic relationships among these three key components and found that (1) STOP1, ALMT1, and LPR1 act downstream of ALS3/STAR1 in controlling PR growth under Pi deficiency; (2) ALS3/STAR1 inhibits the STOP1-ALMT1 pathway by repressing STOP1 protein accumulation in the nucleus; and (3) STOP1-ALMT1 and LPR1 control PR growth under Pi deficiency in an interdependent manner involving the promotion of malate-dependent Fe accumulation in roots. Furthermore, this malate-mediated Fe accumulation depends on external Pi availability. We also performed a detailed analysis of the dynamic changes in the tissue-specific Fe accumulation patterns in the root tips of plants exposed to Pi deficiency. The results indicate that the degree of inhibition of PR growth induced by Pi deficiency is not linked to the level of Fe accumulated in the root apical meristem or the elongation zone. Our work provides insights into the molecular mechanism that regulates the root developmental response to Pi deficiency.
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