Participación de los genes FEZ y SOMBRERO en el crecimiento de la raíz de Arabidopsis en interacción con Achromobacter sp. 5B1

Abstract

The root cap protects the meristem as the root grows and senses stimuli such as gravity and nutrient availability. Although it enables tight interaction with the rhizosphere, a role in perceiving microorganisms is unknown. Here, through Arabidopsis direct root inoculation with the plant growth promoting rhizobacterium Achromobacter sp. 5B1, we unveiled a critical, opposite role of two transcription factors, FEZ and SOMBRERO in mediating growth, waving and coiling of primary roots as a response to the bacterium. In Arabidopsis seedlings with mutations in the gen FEZ, the rhizobacterium had increased formation of coils, whereas in seedlings harboring mutations in the gen SOMBRERO, the formation of coils did not occur and the root maintains normal gravity response. This correlated with elongation of the cells on the right or convex side, an aspect that is increased in fez-2 mutants but does not manifest itself in smb-3 mutants. Interaction with Achromobacter sp. 5B1 increased the size of the root cap, which coincided with decreased or increased detection in vivo of FEZ:FEZ:GFP and SMB:SMB:GFP, respectively and with the phenotype of smb-3 mutants, which develop roots with a huge cap irrespective of bacterization. Expression of auxin transporters PIN1, PIN2, PIN3, PIN4 and PIN7 overall decreased in the WT, fez-2 and smb-3 upon bacterial inoculation, suggesting that the agravitropic behavior of roots may be linked to disturbance of auxin distribution within the root tip.

La cofia protege el meristemo de la raíz y percibe los estímulos ambientales como la gravedad y la disponibilidad de nutrientes. Aunque por su posición anatómica se establece una estrecha relación con la rizosfera, su función en la percepción de los microrganismos del suelo se desconoce. En este trabajo, a través de la inoculación directa de la raíz de A. thaliana con la rizobacteria promotora del crecimiento vegetal Achromobacter sp. 5B1, descubrimos una función crucial y opuesta de dos factores de transcripción, FEZ y SOMBRERO en el crecimiento, ondulación y formación de giros de la raíz primaria como una respuesta a la bacteria. En plántulas de A. thaliana con mutaciones en el FEZ, la rizobacteria incrementa la formación de giros, mientras en plántulas que albergan mutaciones en el gen SOMBRERO, la formación de giros no ocurre y la raíz mantiene la respuesta normal a la gravedad. Esto se correlaciona con la elongación de las células en el lado derecho o convexo, aspecto que se incrementa en las mutantes fez-2 pero no se manifiesta en las mutantes smb-3. La interacción con Achromobacter sp. 5B1 incrementó el tamaño de la cofia, lo que coincidió con la disminución o incremento de la detección in vivo de FEZ::FEZ:GFP y SMB::SMB:GFP, respectivamente, y con el fenotipo de la mutante smb-3, que desarrolla raíces con una con cofia robusta independientemente de la bacterización. La expresión de los transportadores de auxinas PIN1, PIN2, PIN3, PIN4 y PIN7, en general disminuyó tanto en plantas tipo silvestre, como en las mutantes fez-2 y smb-3 con la inoculación bacteriana, lo que sugiere que el comportamiento agravitrópico de las raíces puede estar relacionado con la alteración de la distribución de las auxinas en la punta de la raíz.