Regulation of <i>Arabidopsis</i> root development by receptor-like kinase RGIR1 and abiotic stress

Abstract

In deze studie werd een Arabidopsis mutant geïndentificeerd met een kortere wortelfenotype die gemuteerd is in het At2g37050 locus. Het gen werd Root Growth Inhibition Receptor 1 (RGIR1) genoemd en codeert voor een leucine-rich repeat kinase behorende tot de LRR-I RLK subfamilie van Arabidopsis. Zaailingen van de knock-out mutant vertoonden een significant gereduceerde wortellengte en -oppervlakte in vergelijking met het wildtype op agar, terwijl deze mutanten geen verschil in bladfenotype op agar en grond lieten zien. Hiruit werd geconcludeerd dat RGIR1 alleen een rol speelt in wortelgroei en -ontwikkeling. Onder invloed van de ethyleen precursor ACC, zout of koude stress, de lengte van de hoofdwortel en het aantal zijwortels was gereduceerd in alle genotypen. Uit kinematische analyses en morfologische parameters onder controle en abiotische stress condities gevonden dat het kortere wortelfenotype van rgir1-1 is geassocieerd met remming van de celstrekking en kleiner aantal cortexcellen in de overgangs- en strekkingszone in het wortelpuntje. Echter, de reductie in wortelgroei en -ontwikkeling van rgir1-1was meer uitgesproken bij hoge temperaturen, maar verdween wanneer de planten werden blootgesteld aan ACC, zout en koude. Dit duidt erop dat RGIR1 een positieve regulator is van het proces van wortelgroei en –ontwikkeling onder optimale omstandigheden. Het regulatiemechanisme waarmee RGIR1 de wortellengte beïnvloedt lijkt onafhankelijk van het mechanisme waarmee lage temperatuur, zout en ACC de wortellengte remmen.In the present study, we identified an Arabidopsis mutant with a short root phenotype of mutated in/at the At2g37050 locus. The gene was annotated as Root Growth Inhibition Receptor 1 (RGIR1), which encodes a leucine-rich repeat kinase belonging to the LRR-I RLK subfamily of Arabidopsis. Seedlings of the knock-out mutant rgir1-1 showed a significantly reduced root length and root surface area compared to the wild type when grown on agar while no difference was found in leaf phenotype both on agar plates and in soil. Thus, RGIR1 only function in root growth and root development. In the presence of the ethylene precursor ACC, salt or cold stress, all genotypes produced roots with a shorter main root length and less lateral roots. From the results of kinematic analysis and morphology parameters under control and abiotic stress conditions, the observed short root phenotype of rgir1-1 mutant root is associated with a lower cell elongation rate and decreased cortex cell number in the transition and elongation zone of the root tip. However, the reduction of root growth and development of rgir1-1 was more pronounced at high temperatures, but disappeared when exposed to ACC, high salinity or cold stress, indicating that RGIR1 is a positive regulator of root growth in Arabidopsis under optimal growth conditions and it seems not directly to interact with pathways of plants in response to cold and salinity stress, or ACC