The receptor‐like kinases GSO1 and GSO2 together regulate root growth in arabidopsis through control of cell division and cell fate specification

Abstract

Background: The root apical meristem of Arabidopsis is established post-embryonically as the main source of root cells, and its activity is maintained by complex bidirectional signaling between stem cells and mature cells. The receptor-like kinases GASSHO1 (GSO1) and GSO2 have been shown to regulate aerial epidermal function and seedling growth in Arabidopsis. Results: Here we show that gso1; gso2 seedlings also have root growth and patterning defects. Analyses of mutant root morphology indicate abnormal numbers of cells in longitudinal files and radial cell layers, as well as aberrant stem cell division planes. gso1; gso2 double mutants misexpress markers for stem cells and differentiated root cell types. In addition, gso1; gso2 root growth defects, but not marker missexpression or patterning phenotypes, are rescued by growth on media containing metabolizable sugars. Conclusions: We conclude that GSO1 and GSO2 function together in intercellular signaling to positively regulate cell proliferation, differentiation of root cell types, and stem cell identity. In addition, GSO1 and GSO2 control seedling root growth by modulating sucrose response after germination. Developmental Dynamics 243:257-278, 2014. V C 2013 Wiley Periodicals, Inc.Key words: receptor-like kinase; epidermal differentiation; root apical meristem; seedling development; sugar signaling; stem cells Key findings:GSO1 and GSO2 are necessary for root growth in Arabidopsis by maintaining proper proliferative activity of the proximal and distal root meristem. GSO1 and GSO2 regulate root epidermal cell identity by controlling the pattern of cell division of stem cells. Growth on metabolizable sugars rescues proliferation defects but not patterning defects of gso1; gso2 double mutants.

Identification and characterization of mRNAs of receptor-like kinases MhyGSO1 and MhyGSO2 in flowering parasitic plant Monotropa hypopitys

“…В цветке GSO1 экспрессируется в тычиночной нити и рыльце пестика, а GSO2 -в пыльцевых зернах и разделительном слое между бутоном и цветоножкой; в развивающихся зародышах, семядолях и гипокотиле гены активны равномерно (Tsuwamoto et al, 2008). В течение шести дней после прорастания паттерны экспрессии GSO1 и GSO2 комплементарны, уровень GSO1 выше уровня GSO2, GSO1 преимущественно присутствует во внутренних слоях корня, ПЦ и апикальной меристеме по-бега, а GSO2 -во внешних слоях и апикальной меристеме корня, включая ПЦ и инициали корневого чехлика (Racolta et al, 2014). Пространственная экспрессия MhyGSO1 и MhyGSO2 во взрослом растении, пусть не столь детали-зированная, однако соответствует характеру экспрессии GSO1 и GSO2.…”

“…Интегрируя сигналы эндодермы, сосудистой ткани и эпидермиса, киназы GSO1 и GSO2 участвуют в поддер-жании правильной схемы клеточного деления и специфи-кации в нише стволовых клеток и эпидермисе (Racolta et al, 2014). Будучи вовлеченными как в зависимую, так и в независимую от сахарозы сигнализацию, GSO1 и GSO2 стимулируют развитие проростка A. thaliana в процессе перехода от зародышевого гетеротрофного питания к фотоавтотрофному росту (Racolta et al, 2014).…”

“…Будучи вовлеченными как в зависимую, так и в независимую от сахарозы сигнализацию, GSO1 и GSO2 стимулируют развитие проростка A. thaliana в процессе перехода от зародышевого гетеротрофного питания к фотоавтотрофному росту (Racolta et al, 2014). Гетеро-трофное питание, характерное и для зародыша, и для взрослого растения M. hypopitys, говорит об участии ки-наз MhyGSO1 и MhyGSO2 в ответе на экзогенную сахаро-зу, поступающую через микоризу от корней автотрофных деревьев.…”

“…Паралогичные киназы GSO1 и GSO2 совместно участвуют в позитивной регуляции деления инициалей колумеллы, а также в контроле дифферен-цировки их дочерних клеток и идентичности стволовых клеток корня (Racolta et al, 2014). Кроме того, GSO1 и GSO2 контролируют рост корня проростка, модулируя опосредованный сахарозой сигнальный путь, а также ин-тегрируют сигналы, поступающие от надземных органов и ниши стволовых клеток, для правильного структуриро-вания корневого эпидермиса и поддержания активности апикальной меристемы (Racolta et al, 2014). Выключение обеих киназ вызывает усиление митотического деления в ПЦ, что, вероятно, представляет собой компенсирующую стратегию обновления инициалей со сбившейся диффе-ренцировкой и нарушенным пространственно-временным паттерном клеточного деления.…”

“…Выключение обеих киназ вызывает усиление митотического деления в ПЦ, что, вероятно, представляет собой компенсирующую стратегию обновления инициалей со сбившейся диффе-ренцировкой и нарушенным пространственно-временным паттерном клеточного деления. Двойная мутация также приводит к дефектной дифференцировке дочерних клеток инициалей колумеллы и пониженному накоплению крах-мала в клетках колумеллы (Racolta et al, 2014).…”