Cell surface and intracellular auxin signalling for H+ fluxes in root growth

质外体 生长素 细胞生物学 拟南芥 细胞内 警卫室 拟南芥 细胞室 侧根 生物物理学 细胞 生物 细胞壁 化学 细胞生长 生物化学 基因 突变体
作者
Lanxin Li,Inge Verstraeten,Mark Roosjen,Koji Takahashi,Lesia Rodríguez,Jack Merrin,Jian Chen,Lana Shabala,Wouter Smet,Hong Yu Ren,Steffen Vanneste,Sergey Shabala,Bert De Rybel,Dolf Weijers,Toshinori Kinoshita,William M. Gray,Jiřı́ Friml
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:599 (7884): 273-277 被引量:132
标识
DOI:10.1038/s41586-021-04037-6
摘要

Growth regulation tailors development in plants to their environment. A prominent example of this is the response to gravity, in which shoots bend up and roots bend down1. This paradox is based on opposite effects of the phytohormone auxin, which promotes cell expansion in shoots while inhibiting it in roots via a yet unknown cellular mechanism2. Here, by combining microfluidics, live imaging, genetic engineering and phosphoproteomics in Arabidopsis thaliana, we advance understanding of how auxin inhibits root growth. We show that auxin activates two distinct, antagonistically acting signalling pathways that converge on rapid regulation of apoplastic pH, a causative determinant of growth. Cell surface-based TRANSMEMBRANE KINASE1 (TMK1) interacts with and mediates phosphorylation and activation of plasma membrane H+-ATPases for apoplast acidification, while intracellular canonical auxin signalling promotes net cellular H+ influx, causing apoplast alkalinization. Simultaneous activation of these two counteracting mechanisms poises roots for rapid, fine-tuned growth modulation in navigating complex soil environments. Auxin rapidly modulates root growth through simultaneous activation of two opposing mechanisms—TMK1-mediated apoplast acidification and TIR1/AFB-mediated apoplast alkalinization.
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