67 research outputs found

    The endodermis—development and differentiation of the plant's inner skin

    Get PDF
    Controlling external compound entrance is essential for plant survival. To set up an efficient and selective sorting of nutrients, free diffusion via the apoplast in vascular plants is blocked at the level of the endodermis. Although we have learned a lot about endodermal specification in the last years, information regarding its differentiation is still very limited. A differentiated endodermal cell can be defined by the presence of the "Casparian strip” (CS), a cell wall modification described first by Robert Caspary in 1865. While the anatomical description of CS in many vascular plants has been very detailed, we still lack molecular information about the establishment of the Casparian strips and their actual function in roots. The recent isolation of a novel protein family, the CASPs, that localizes precisely to a domain of the plasma membrane underneath the CS represents an excellent point of entry to explore CS function and formation. In addition, it has been shown that the endodermis contains transporters that are localized to either the central (stele-facing) or peripheral (soil-facing) plasma membranes. These features suggest that the endodermis functions as a polar plant epitheliu

    A receptor-like kinase mutant with absent endodermal diffusion barrier displays selective nutrient homeostasis defects

    Get PDF
    We thank the Genomic Technologies Facility (GTF) and the Central Imaging Facility (CIF) of the University of Lausanne for expert technical support. We thank Valérie Dénervaud Tendon, Guillaume Germion, Deborah Mühlemann, and Kayo Konishi for technical assistance and John Danku and Véronique Vacchina for ICP-MS analysis. This work was funded by grants from the Swiss National Science Foundation (SNSF), the European Research Council (ERC) to NG and a Human Frontiers Science Program (HFSP) grant to JT and NG. GL and CM were supported by the Agropolis foundation (Rhizopolis) and the Agence Nationale de la Recherche (HydroRoot; ANR-11-BSV6-018). MB was supported by a EMBO long-term postdoctoral fellowship, JEMV by a Marie Curie IEF fellowship and TK by the Japan Society for the Promotion of Sciences (JSPS).Peer reviewedPublisher PD

    The endodermis--development and differentiation of the plant's inner skin.

    Get PDF
    Controlling external compound entrance is essential for plant survival. To set up an efficient and selective sorting of nutrients, free diffusion via the apoplast in vascular plants is blocked at the level of the endodermis. Although we have learned a lot about endodermal specification in the last years, information regarding its differentiation is still very limited. A differentiated endodermal cell can be defined by the presence of the "Casparian strip" (CS), a cell wall modification described first by Robert Caspary in 1865. While the anatomical description of CS in many vascular plants has been very detailed, we still lack molecular information about the establishment of the Casparian strips and their actual function in roots. The recent isolation of a novel protein family, the CASPs, that localizes precisely to a domain of the plasma membrane underneath the CS represents an excellent point of entry to explore CS function and formation. In addition, it has been shown that the endodermis contains transporters that are localized to either the central (stele-facing) or peripheral (soil-facing) plasma membranes. These features suggest that the endodermis functions as a polar plant epithelium

    A thousand-genome panel retraces the global spread and adaptation of a major fungal crop pathogen

    Get PDF
    Human activity impacts the evolutionary trajectories of many species worldwide. Global trade of agricultural goods contributes to the dispersal of pathogens reshaping their genetic makeup and providing opportunities for virulence gains. Understanding how pathogens surmount control strategies and cope with new climates is crucial to predicting the future impact of crop pathogens. Here, we address this by assembling a global thousand-genome panel of Zymoseptoria tritici, a major fungal pathogen of wheat reported in all production areas worldwide. We identify the global invasion routes and ongoing genetic exchange of the pathogen among wheat-growing regions. We find that the global expansion was accompanied by increased activity of transposable elements and weakened genomic defenses. Finally, we find significant standing variation for adaptation to new climates encountered during the global spread. Our work shows how large population genomic panels enable deep insights into the evolutionary trajectory of a major crop pathogen

    Molecular dissection of Arabidopsis thaliana endodermis development, structure and function

    No full text
    In vascular plants, the endodermis establishes a protective diffusion barrier surrounding the vasculature preventing the passive, uncontrolled entry of nutrients absorbed by the plant. It does so by means of a differentiation feature, the "Casparian Strip" (CS), a highly localized cell wall impregnation made of lignin, which seals the extracellular space. Although the existence of this differentiation feature has been intensively described, the mechanisms establishing this hallmark remain obscure. In this work I report, the developmental sequence of events that leads to a differentiated endodermis, in the plant model Arabidopsis thaliana. In addition, my descriptive approach gave important insights as to how these cells define membrane domains involved in the directional transport of nutrients. I also participated in characterizing a new transmembrane protein family, the CASPs, localized to the membrane domain underlying the CS, which we accordingly named the Casparian Strip membrane Domain (CSD). Our molecular analysis indicates that these proteins drive CS establishment. To identify more molecular factors of CS establishment, I performed a forward genetic screen. This screen led to the identification of 11 endodermis permissive mutants, which we named schengen (sgn) mutants. The causative mutations have been mapped to 5 independent loci: SGN1 to SGN5. SGN1 and SGN3 encode Receptor Like Kinases involved in the correct establishment of the CSD. A lack of those kinases leads to an incomplete CSD, which gives rise to interrupted CS barriers. Interestingly, SGN1 seems to also regulate CSD positioning to the middle of endodermal transversal walls. SGN4 encodes an NADPH oxidase involved in lignin polymerization essential for CS formation. The sgn5 mutant induces extra divisions of cortical cells strongly affecting the cell identity, but also leading to incorrect differentiation. A thorough characterization of the sgn2 mutant will follow elsewhere, yet preliminary results indicate that SGN2 encodes an Acyl-CoA N-acyltransferase. . In summary, with my work I have contributed a first set of molecular players of Casparian strip formation and initiated their characterization. Eventually, this might lead to an understanding of the molecular mechanisms of CS establishment in A.thaliana . This in turn will hopefully help to better understand nutrient uptake in higher plants and their response to environmental stresses. - Au sein des plantes vasculaires, l'endoderme représente un tissu protecteur mettant en place une barrière imperméable, empêchant n'importe quel élément de rejoindre les tissus conducteurs par simple diffusion. Cette barrière, appelée « Cadre de Caspary », correspond à une lignification de la paroi de l'endoderme et donne lieu à un cloisonnement de l'espace intercellulaire. Bien que cet élément de différenciation soit décrit en détail, sa mise en place reste incomprise. Cette étude indique la suite d'événements aboutissant à l'établissement du cadre de Caspary chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. De plus, ce travail apporte de nouvelles connaissances expliquant comment ces cellules définissent des domaines membranaires importants pour le transport des nutriments. Nous décrivons une nouvelle famille de protéines membranaires, les CASPs (« CAparian Strip membrane domain Proteins »), localisées dans un domaine membranaire longeant le cadre de Caspary : le domaine de Caspary (CSD). L'analyse moléculaire des CASPs indique qu'elles dirigent la formation du cadre de Caspary. Par ailleurs, une approche génétique directe nous a permis d'identifier 11 mutants ayant un endoderme perméable. Nous avons nommé ces mutants Schengen, en référence à la zone de libre échange européenne. Les mutations impliquées dans ces mutants affectent 5 gènes désignés de SGN1 à SGN5. SGN1 et SGN3 produisent des protéines de type kinases (« Receptor-like Kinases », RLK) qui participent à la délimitation du CSD. L'absence de ces kinases aboutit à un domaine CSD incomplet, se traduisant par un cadre de Caspary discontinu. De plus, SGN1 semble réguler le positionnement du CSD au milieu de la paroi transversale de l'endoderme. SGN4 produit une enzyme de type NADPH oxydase impliquée dans la polymérisation du cadre de Caspary. Dans le mutant sgn5, on observe une division anormale des cellules du cortex créant ainsi une nouvelle couche cellulaire incapable d'achever sa différenciation en endoderme. Quant à la mutation sgn2, bien que nous pensons qu'elle affecte une Acyl-CoA N-acyltransferase, sa caractérisation ne sera réalisée que prochainement. Au final, ce travail procure de nouveaux éléments sur l'établissement du cadre de Caspary qui pourraient être importants afin de comprendre comment les plantes sélectionnent leurs nutriments et résistent à des conditions environnementales parfois hostiles. - De par leur immobilité, les plantes terrestres n'ont pas d'autre choix que de puiser leurs ressources dans leur environnement direct. La plante extrait du sol les nutriments qui lui sont nécessaires et les redistribue grâce à des tissus conducteurs. Afin de ne pas s'intoxiquer, il est donc essentiel de pouvoir sélectionner les éléments entrant dans la racine. Etonnement, ce n'est pas la surface des racines qui permet ce contrôle mais un tissu interne appelé endoderme. Ce dernier forme une barrière imperméable qui entoure chaque cellule et crée une jointure permettant de bloquer le passage des éléments entre les cellules. Cette structure, appelée « cadre de Caspary », oblige les éléments à entrer dans les cellules de l'endoderme et à être ainsi sélectionnés. Bien que cette structure soit décrite en détail, sa mise en place reste incomprise. Cette étude indique la suite d'événements qui aboutit à la formation du cadre de Caspary chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ce travail apporte également de nouvelles connaissances expliquant comment ces cellules définissent, organisent et dirigent le transport des nutriments. Nous décrivons comment certains éléments de la cellule, les protéines CASPs (CAsparian Strip membrane domain Proteins), sont organisées un domaine particulier des membranes afin de créer une plateforme de construction longeant le cadre de Caspary : le domaine de Caspary (CSD). Afin de déterminer ce qu'il se passerait si une plante ne possédait pas de cadre de Caspary, nous avons réalisé une mutagénèse, ou approche génétique directe, et identifié 11 mutants (individu ayant un gène défectueux conduisant à la perte d'une fonction) ayant un endoderme perméable. Nous avons nommé ces mutants schengen, en référence à la zone de libre échange européenne. Les mutations impliquées dans ces mutants affectent 5 gènes désignés de SGN1 à SGN5. Les gènes SGN1 et SGN3 produisent des protéines de type kinases (« Receptor-like Kinases », RLK) servant à l'établissement de la plateforme de construction. L'absence de ces kinases aboutit à une base incomplète, se traduisant par un cadre de Caspary discontinu. Qui plus est, la kinase SGN1 semble réguler le positionnement de la plateforme au milieu de l'endoderme. Le gène SGN4 est par contre, impliqué dans la construction à proprement dite du cadre de Caspary. Dans le mutant sgn5, on observe une nouvelle couche de cellules ressemblant à de l'endoderme mais incapable de former correctement une barrière identique au cadre de Caspary. Quant au dernier mutant, sgn2, bien que cette étude fournisse des indices permettant de comprendre pourquoi le mutant sgn2 est défectueux, nous n'expliquerons ce cas que prochainement. En résumé, ce travail procure de nouvelles connaissances sur l'établissement du cadre de Caspary qui pourraient être importantes afin de comprendre comment les plantes sélectionnent leurs nutriments et résistent à des conditions environnementales parfois hostiles

    Cell biology: Zipping the Casparian strip

    No full text
    corecore