Low nitrate under waterlogging triggers exodermal suberization to form a barrier to radial oxygen loss in rice roots

苏贝林 硝酸盐 通气组织 内涝(考古学) 氧气 化学 氮气 水稻 植物 营养物 内胚层 生物物理学 生物 湿地 生物化学 生态学 细胞壁 基因 有机化学
作者
Katsuhiro Shiono,Masato Ejiri,Yuto Sawazaki,Yuka Egishi,Tomonori Tsunoda
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
被引量:2
标识
DOI:10.1093/plphys/kiae278
摘要

To acclimate to hypoxic waterlogged conditions, the roots of wetland plants form a radial oxygen loss (ROL) barrier that can promote oxygen diffusion to the root tips. We hypothesized that the low nitrate concentrations that occur after molecular oxygen is consumed in waterlogged soils are an environmental trigger for ROL barrier formation in rice (Oryza sativa). We previously identified 128 tissue-specific up/down-regulated genes during rice ROL barrier formation. The RiceXPro database showed that many of these genes were differentially regulated in response to nitrogen deficiency. Therefore, we assessed changes in the concentrations of ionic species of nitrogen under stagnant conditions, i.e., in a nutrient solution that mimics waterlogged soil conditions, and examined the effects of an increase or decrease of nitrate in the nutrient solution on ROL barrier formation and exodermal suberization. Preventing nitrate deficiency in the stagnant nutrient solution suppressed the formation of an ROL barrier. Conversely, a decrease in nitrate strongly induced ROL barrier formation, even under aerated conditions. In parallel with ROL barrier formation, suberin lamellae formed at the exodermis. Nitrate deficiency also promoted aerenchyma formation and the enlargement of root diameters. These findings suggest that the severe decline of nitrates under waterlogged conditions is an environmental cue for exodermal suberization to form an ROL barrier in rice roots.

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