Class III peroxidases PRX01, PRX44, and PRX73 potentially target extensins during root hair growth in Arabidopsis thaliana

Root hair cells are important sensors of soil conditions. Expanding several hundred times their original size, root hairs grow towards and absorb water-soluble nutrients. This rapid growth is oscillatory and is mediated by continuous remodelling of the cell wall. Root hair cell walls contain polysaccharides and hydroxyproline-rich glycoproteins including extensins (EXTs). Class-III peroxidases (PRXs) are secreted into the apoplastic space and are thought to trigger either cell wall loosening, mediated by oxygen radical species, or polymerization of cell wall components, including the Tyr-mediated assembly of EXT networks (EXT-PRXs). The precise role of these EXT-PRXs is unknown. Using genetic, biochemical, and modeling approaches, we identified and characterized three root hair-specific putative EXT-PRXs, PRX01, PRX44, and PRX73. The triple mutant prx01,44,73 and the PRX44 and PRX73 overexpressors had opposite phenotypes with respect to root hair growth, peroxidase activity and ROS production with a clear impact on cell wall thickness. Modeling and docking calculations suggested that these three putative EXT-PRXs may interact with non-O-glycosylated sections of EXT peptides that reduce the Tyr-to-Tyr intra-chain distances in EXT aggregates and thereby may enhance Tyr crosslinking. These results suggest that these three putative EXT-PRXs control cell wall properties during the polar expansion of root hair cells.Fil: 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: 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: Ranocha, Philippe. Instituto National de Recherches Agronomiques. Centre de Recherches de Toulouse; FranciaFil: Aptekmann, Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Bringas, Mauro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; ArgentinaFil: Pennington, Janice. University of Wisconsin; Estados UnidosFil: Paez Valencia, Julio. University of Wisconsin; Estados UnidosFil: 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: 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: Mangano, Silvina. 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: Fleming, Margaret. State University of Colorado - Fort Collins; Estados UnidosFil: Mishler Elmore, John W.. Ohio University; Estados UnidosFil: Blanco Herrera, Francisca. Universidad Andrés Bello and Millennium Institute for Integrative Biology (iBio). Facultad de Ciencias de la Vida. Centro de Biotecnología Vegeta; ChileFil: Bedinger, Patricia. State University of Colorado - Fort Collins; Estados UnidosFil: Dunand, Christophe. Instituto National de Recherches Agronomiques. Centre de Recherches de Toulouse; FranciaFil: Capece, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; 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. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Held, Michael. Ohio University; Estados UnidosFil: Otegui, Marisa S.. University of Wisconsin; Estados UnidosFil: 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

Extensins: Self-Assembly, Crosslinking, and the Role of Peroxidases

The extensin (EXT) network is elaborated by the covalent intermolecular crosslinking of EXT glycoprotein monomers, and its proper assembly is important for numerous aspects of basic wall architecture and cellular defense. In this review, we discuss new advances in the secretion of EXT monomers and the molecular drivers of EXT network self-assembly. Many of the functions of EXTs are conferred through covalent crosslinking into the wall, so we also discuss the different types of known intermolecular crosslinks, the enzymes that are involved, as well as the potential for additional crosslinks that are yet to be identified. EXTs also function in wall architecture independent of crosslinking status, and therefore, we explore the role of non-crosslinking EXTs. As EXT crosslinking is upregulated in response to wounding and pathogen infection, we discuss a potential regulatory mechanism to control covalent crosslinking and its relationship to the subcellular localization of the crosslinking enzymes

Class III Peroxidases PRX01, PRX44, and PRX73 Control Root Hair Growth in Arabidopsis thaliana

Root hair cells are important sensors of soil conditions. They grow towards and absorb water-soluble nutrients. This fast and oscillatory growth is mediated by continuous remodeling of the cell wall. Root hair cell walls contain polysaccharides and hydroxyproline-rich glycoproteins, including extensins (EXTs). Class-III peroxidases (PRXs) are secreted into the apoplastic space and are thought to trigger either cell wall loosening or polymerization of cell wall components, such as Tyr-mediated assembly of EXT networks (EXT-PRXs). The precise role of these EXT-PRXs is unknown. Using genetic, biochemical, and modeling approaches, we identified and characterized three root-hair-specific putative EXT-PRXs, PRX01, PRX44, and PRX73. prx01,44,73 triple mutation and PRX44 and PRX73 overexpression had opposite effects on root hair growth, peroxidase activity, and ROS production, with a clear impact on cell wall thickness. We use an EXT fluorescent reporter with contrasting levels of cell wall insolubilization in prx01,44,73 and PRX44-overexpressing background plants. In this study, we propose that PRX01, PRX44, and PRX73 control EXT-mediated cell wall properties during polar expansion of root hair cells