Possible roles of ULTRAPETALA in root development

Demuth, Melanie

Expression and in vivo roles of the transcriptional anti-repressor ULTRAPETALA1 (ULT1) and the mitochondrial complex I by-pass protein ALTERNATIVE NAD (P) H DEHYDROGENASE A1 (NDA1) were described in Arabidopsis roots. In primary roots AtNDA1 and AtULT1 were both expressed in a root cap-specific manner. AtULT1 showed additional expression in lateral root tips and at the base of lateral and adventitious roots. Expression patterns of the rice homologs, OsULT1 and OsNDA1, suggested an involvement in mechanical signal transduction that mediates epidermal cell death through reactive oxygen species (ROS) signalling. Hence, in the Arabidopsis NDA1 and ULT1 null mutants, nda1-1 and ult1-3, the root response to mechanical stress was analysed. Lack of AtNDA1 or AtULT1 altered primary root growth. This phenotype, however, appeared to be independent of an applied force. In rice, mechanically induced cell death of the epidermis facilitates penetration of underlying adventitious roots (Steffens et al., 2012). Analysis of secondary root emergence in Arabidopsis suggested an involvement of AtULT1 in adventitious root formation and penetration. Further studies that included ult1-3 ult2-1 knockout and AtULT1 overexpressing seedlings confirmed a negative effect of AtULT1 on adventitious root formation and on elongation of the hypocotyl from which they emerge. Lateral root formation, in turn, was favoured by AtULT1 expression. Furthermore, an unbalanced AtULT1 expression in ult1-3 ult2-1 and ULT1ox seedlings resulted in inhibition of primary root growth and anomalies in division planes and differentiation of the central root cap. Instead, an auxin-associated function of AtULT1 was suggested by the observation that abnormal differentiation of the root cap was enhanced by auxin in AtULT1 knockout seedlings. In summary, the study revealed a function of AtULT1 in root organogenesis.

Es wurden Expressionen und in vivo Funktionen des transkriptionellen Anti-Repressors ULTRAPETALA1 (ULT1) und der mitochondrial lokalisierten ALTERNATIVE NAD (P) H DEHYDROGENASE A1 (NDA1) in Wurzeln von Arabidopsis beschrieben. Spezifische Expression von AtNDA1 und AtULT1 wurde in der Wurzelhaube von Primärwurzeln festgestellt. Zusätzlich wurde AtULT1 Expression an Basis und Apex von Lateral- und Adventivwurzeln nachgewiesen. Für die Reishomologe, OsULT1 und OsNDA1, wurde aufgrund differentieller Expression in Epidermiszellen, welche durch Widerstand und reaktive Sauerstoffspezies zum Zelltod programmiert werden, eine mögliche Beteiligung in mechanischer Signaltransduktion vermutet. In den Arabidopsis Nullmutanten, nda1-1 und ult1-3, wurden Auswirkungen von mechanischen Belastungen auf Morphologie und Wuchsverhalten der Wurzeln analysiert. Die beobachteten Phänotypen schienen jedoch unabhängig von mechanischen Stress aufzutreten. Beim Reis erleichtert mechanisch-induzierter Zelltod der Epidermis das Auswachsen von darunterliegenden Adventivwurzeln (Steffens et al., 2012). In Arabidopsis bestätigten Studien, welche Untersuchungen an ult1-3 ult2-1 und AtULT1 überexprimierenden Keimlingen einschlossen, eine AtULT1-abhängige Hemmung der Adventivwurzelbildung und der Elongation des Hypokotyls, aus dem diese hervorgehen. Lateralwurzelbildung wurde hingegen durch AtULT1 Expression begünstigt. In der Primärwurzel wirkte sich genetische Manipulation der AtULT1 Expression negativ auf das Wachstum aus und führte zu Anomalien bei Teilungsverhalten und Differenzierung der zentralen Wurzelhaube. Da Auxingabe zur verstärkten Störung der Wurzelhaubendifferenzierung in AtULT1 loss-of-function Keimlingen führte, wurde eine mit Auxin-assoziierte Funktion für AtULT1 angenommen. Zusammenfassend zeigte die vorliegende Studie mögliche Rollen von AtULT1 bei der Wurzelorganogenese auf.

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Demuth, Melanie: Possible roles of ULTRAPETALA in root development.

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