The receptor-like kinase ERECTA contributes to the shade-avoidance syndrome in a background-dependent manner

Background and Aims Plants growing at high densities perceive a decrease in the red to far-red (R/FR) ratio of incoming light. These changes in light quality trigger a suite of responses collectively known as the shade-avoidance syndrome (SAS) including hypocotyl and stem elongation, inhibition of branching and acceleration of flowering. Methods Quantitative trait loci (QTLs) were mapped for hypocotyl length to end-of-day far-red (EOD), a simulated shade-avoidance response, in recombinant inbred line (RIL) populations of Arabidopsis thaliana seedlings, derived from Landsberg erecta (Ler) and three accessions (Columbia, Col; Nossen, No-0; and Cape Verde Islands, Cvi-0). Key Results Five loci were identified as being responsible for the EOD response, with a positive contribution of Ler alleles on the phenotype independently of the RIL population. Quantitative complementation analysis and transgenic lines showed that PHYB is the candidate gene for EODRATIO5 in the Ler × Cvi-0 RIL population, but not for two co-localized QTLs, EODRATIO1 and EODRATIO2 mapped in the Ler × No-0 and Ler × Col RIL populations, respectively. The ERECTA gene was also implicated in the SAS in a background-dependent manner. For hypocotyl length EOD response, a positive contribution of erecta alleles was found in Col and Van-0, but not in Ler, Cvi-0, Hir-1 or Ws. Furthermore, pleiotropic effects of ERECTA in the EOD response were also detected for petiole and lamina elongation, hyponastic growth, and flowering time. Conclusions The results show that the analysis of multiple mapping populations leads to a better understanding of the SAS genetic architecture. Moreover, the background- and trait-dependent contribution of ERECTA in the SAS suggest that its function in shaded natural environments may be relevant for some populations in different phases of plant development. It is proposed that ERECTA is involved in canalization processes buffering the genetic variation of the SAS against environmental light fluctuations.Fil: Kasulin, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas A la Agricultura; ArgentinaFil: Agrofoglio, Yamila Carla. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas A la Agricultura; ArgentinaFil: Botto, Javier Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas A la Agricultura; Argentin

Apoplastic class III peroxidases PRX62 and PRX69 regulate ROS-homeostasis and cell wall associated extensins linked to root hair growth at low-temperature in Arabidopsis thaliana

Root hairs (RH) growth is highly influenced by endogenous as well as by external environmental signals that coordinately regulate its final cell size. RHs actively expand the root surface responsible for nutrient uptake and water absorption. We have recently determined that RH growth was unexpectedly boosted when Arabidopsis thaliana seedlings are cultivated at low temperatures. It was proposed that RH growth plasticity in response to cold was linked to a reduced nutrient availability in the media. Here, we explored the molecular basis of this strong RH growth response by using the Genome Wide Association Studies (GWAS) approach on Arabidopsis thaliana natural accessions. We identified the poorly characterized PEROXIDASE 62 (PRX62) as a key protein triggering this conditional growth under a moderate low-temperature stress. In addition, we identified the related protein PRX69 as an important factor in this developmental process. The prx62 prx69 double mutant and the PRX62 and PRX69 over-expressing lines showed contrasting RH phenotypes, peroxidase activities and cyt/apoReactive Oxygen Species (ROS) levels. Strikingly, a cell wall protein extensin (EXT) reporter revealed the effect of peroxidase activity on the EXT cell wall association at 10C in the RH apical zone. EXT cell wall insolubilization was enhanced at 10C, which was completely abolished under the PRX inhibitor salicylhydroxamic acid (SHAM) treatment. Finally, we demonstrated that the Root Hair defective 6 like 4 (RSL4) transcription factor directly controls the expression of PRX69 under low-temperature. Collectively, our results indicate that both PRX62 and PRX69 are key apoplastic PRXs that modulate ROS-homeostasis and cell wall EXT-insolubilization linked to RH elongation at low-temperature.Fil: Martinez Pacheco, Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Ranocha, Philippe. Université de Toulouse; FranciaFil: Kasulin, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Fusari, Corina Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; ArgentinaFil: Servi, Lucas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Ferrero, Lucia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral; ArgentinaFil: Berdion Gabarain, Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Peralta, Juan Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Borassi, Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Marzol, Eliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rodriguez Garcia, Diana Rosa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rondon Guerrero, Yossmayer del Carmen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Carignani Sardoy, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Botto, Javier Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; ArgentinaFil: Meneses, Claudio. Universidad Andrés Bello; ChileFil: Ariel, Federico Damian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral; ArgentinaFil: Petrillo, Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Dunand, Christophe. Université de Toulouse; FranciaFil: Estevez, Jose Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Universidad Andrés Bello; Chil

Apoplastic class III peroxidases PRX62 and PRX69 promote Arabidopsis root hair growth at low temperature

Root Hairs (RHs) growth is influenced by endogenous and by external environmental signals that coordinately regulate its final cell size. We have recently determined that RH growth was unexpectedly boosted when Arabidopsis thaliana seedlings are cultivated at low temperatures. It was proposed that RH growth plasticity in response to low temperature was linked to a reduced nutrient availability in the media. Here, we explore the molecular basis of this RH growth response by using a Genome Wide Association Study (GWAS) approach using Arabidopsis thaliana natural accessions. We identify the poorly characterized PEROXIDASE 62 (PRX62) and a related protein PRX69 as key proteins under moderate low temperature stress. Strikingly, a cell wall protein extensin (EXT) reporter reveals the effect of peroxidase activity on EXT cell wall association at 10 °C in the RH apical zone. Collectively, our results indicate that PRX62, and to a lesser extent PRX69, are key apoplastic PRXs that modulate ROS-homeostasis and cell wall EXT-insolubilization linked to RH elongation at low temperature.Fil: Martinez Pacheco, Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Ranocha, Philippe. Instituto Polytechnique de Toulouse; FranciaFil: Kasulin, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Fusari, Corina Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; ArgentinaFil: Servi, Lucas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Aptekmann, Ariel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Berdion Gabarain, Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Peralta, Juan Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Borassi, Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Marzol, Eliana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rodriguez Garcia, Diana Rosa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rondon Guerrero, Yossmayer del Carmen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Carignani Sardoy, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Ferrero, Lucia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral; ArgentinaFil: Botto, Javier Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura; ArgentinaFil: Meneses, Claudio. Universidad Andrés Bello; ChileFil: Ariel, Federico Damian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral; ArgentinaFil: Nadra, Alejandro Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología Traslacional; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Petrillo, Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Dunand, Christophe. Instituto Polytechnique de Toulouse; FranciaFil: Estevez, Jose Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

Genetic mapping of natural variation in a shade avoidance response: ELF3 is the candidate gene for a QTL in hypocotyl growth regulation

When plants become shaded by neighbouring plants, they perceive a decrease in the red/far-red (R/FR) ratio of the light environment, which provides an early and unambiguous warning of the presence of competing vegetation. The mechanistic bases of the natural genetic variation in response to shade signals remain largely unknown. This study demonstrates that a wide range of genetic variation for hypocotyl elongation in response to an FR pulse at the end of day (EOD), a light signal that simulates natural shade, exists between Arabidopsis accessions. A quantitative trait locus (QTL) mapping analysis was done in the Bayreuth×Shahdara recombinant inbred line population. EODINDEX1 is the most significant QTL identified in response to EOD. The Shahdara alleles at EODINDEX1 caused a reduced response to shade as a consequence of an impaired hypocotyl inhibition under white light, and an accelerated leaf movement rhythm, which correlated positively with the pattern of circadian expression of clock genes such as PRR7 and PRR9. Genetic and quantitative complementation analyses demonstrated that ELF3 is the most likely candidate gene underlying natural variation at EODINDEX1. In conclusion, ELF3 is proposed as a component of the shade avoidance signalling pathway responsible for the phenotypic differences between Arabidopsis populations in relation to adaptation in a changing light environment

Variación genética natural en las respuestas de escape al sombreado en Arabidopsis thaliana

Las señales lumínicas percibidas por los fotorreceptores son importantes para una aclimatación adecuada de las plantas a su ambiente natural. Las plantas detectan la baja relación rojo:rojo-lejano (R/RL) reflejada por la proximidad de las plantas vecinas respondiendo morfológicamente antes de ser sombreadas. La disminución de luz R/RL promueve en las plantas el síndrome de escape al sombreado, SAS (del inglés, Shade Avoidance Syndrome) un conjunto de respuestas morfológicas que promueve el crecimiento de las estructuras vegetativas y mejora la competencia por luz evitando el sombreo por plantas vecinas. Es común encontrar una importante variación natural entre poblaciones de una misma especie en respuesta a la luz. El objetivo de esta tesis fue estudiar la variación natural en las respuestas asociadas al SAS en Arabidopsis thaliana, un modelo funcional muy atrayente para comprender cómo el genotipo determina la expresión de la plasticidad adaptativa de las plantas en ambientes lumínicos cambiantes. Mediante el mapeo de QTL en tres líneas recombinantes y endrocriadas, RILs (del inglés, Recombinant Inbred Lines) que comparten una misma línea parental, Landsberg erecta, se identificaron los QTL comunes y divergentes en la respuesta de crecimiento del hipocotilo entre las poblaciones. Además se determinó y caracterizó la contribución de ERECTA en distintas respuestas asociadas al SAS en las cuales los efectos pleiotrópicos de este gen fueron dependientes del fondo genético. Por otro parte, se realizaron mapeos de asociación de GWAS (del inglés, Genome Wide Association Study) para caracteres vegetativos, florales y reproductivos en plantas cultivadas en condiciones de radiación natural y sombreado en el invernáculo. Si bien la resolución de los mapeos GWAS fue baja, se identificaron dos QTNs (del inglés, Quantitative Trait Nucleotide) asociados al largo de la lámina y del vástago floral. Además, se estudió la fisiología y la diversidad genética de plantas de A.thaliana recolectadas en la Patagonia Argentina. El árbol de similitud genética sugiere que las poblaciones patagónicas son idénticas entre sí y similares a las accesiones originarias de Italia, siendo la más cercana Tívoli. Por otra parte, se determinó que la accesión Patagonia es hiposensible a la luz roja y a la SAS, y tiene requerimientos de vernalización que correlacionan con los patrones de expresión de FLC. Finalmente, esta tesis ha contribuido a la incorporación de un nuevo genotipo de A.thaliana al germoplasma de esta especie que puede ser de interés para estudios futuros

A single haplotype hyposensitive to light and requiring strong vernalization dominates Arabidopsis thaliana populations in Patagonia, Argentina

The growing collection of sequenced or genotyped Arabidopsis thaliana accessions includes mostly individuals from the native Eurasian and N. African range and introduced North American populations. Here, we describe the genetic and phenotypic diversity, along with habitats and life history, of A. thaliana plants collected at the southernmost end of its worldwide distribution. Seed samples were harvested from plants growing in four sites within a ~3500-km2-area in Patagonia, Argentina, and represent the first germplasm to be collected in South America for this species. Whole-genome resequencing revealed that plants from the four sites and a Patagonia herbarium specimen collected in 1967 formed a single haplogroup (Pat), indicating that the phenotypic variation observed in the field reflected plastic responses to the environment. admixture and principal components analyses suggest that the ancestor of the Pat haplogroup either came from Italy or the Balkan/Caucasus regions of Eurasia. In the laboratory, plants from the Pat haplogroup were hyposensitive to continuous red (Rc) and shade light, with corresponding changes in the expression of phytochrome signalling genes. Pat had higher PIF3 and PIF5 and lower HY5 expression under Rc light; and lower expression of PIL1, ATHB2 and HFR1 under shade compared to Col-0. In addition, Pat plants had a strong vernalization requirement associated with high levels of FLC expression. We conclude that including Pat in studies of natural variation and in comparison with other introduced populations will provide additional information for association studies and allow for a more detailed assessment of the demographic events following colonization.Fil: Kasulin, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; ArgentinaFil: Rowan, Beth A.. Max Planck Institute for Developmental Biology; AlemaniaFil: Leon, Rolando Juan Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; ArgentinaFil: Schuenemann, Verena J.. University of Tübingen; AlemaniaFil: Weigel, Detlef. Max Planck Institute for Developmental Biology; AlemaniaFil: Botto, Javier Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentin