scholarly journals LPIAT, a lyso-Phosphatidylinositol Acyltransferase, Modulates Seed Germination in Arabidopsis thaliana through PIP Signalling Pathways and is Involved in Hyperosmotic Response

2020 ◽  
Vol 21 (5) ◽  
pp. 1654
Author(s):  
Denis Coulon ◽  
Lionel Faure ◽  
Magali Grison ◽  
Stéphanie Pascal ◽  
Valérie Wattelet-Boyer ◽  
...  

Lyso-lipid acyltransferases are enzymes involved in various processes such as lipid synthesis and remodelling. Here, we characterized the activity of an acyltransferase from Arabidopsis thaliana (LPIAT). In vitro, this protein, expressed in Escherichia coli membrane, displayed a 2-lyso-phosphatidylinositol acyltransferase activity with a specificity towards saturated long chain acyl CoAs (C16:0- and C18:0-CoAs), allowing the remodelling of phosphatidylinositol. In planta, LPIAT gene was expressed in mature seeds and very transiently during seed imbibition, mostly in aleurone-like layer cells. Whereas the disruption of this gene did not alter the lipid composition of seed, its overexpression in leaves promoted a strong increase in the phosphatidylinositol phosphates (PIP) level without affecting the PIP2 content. The spatial and temporal narrow expression of this gene as well as the modification of PIP metabolism led us to investigate its role in the control of seed germination. Seeds from the lpiat mutant germinated faster and were less sensitive to abscisic acid (ABA) than wild-type or overexpressing lines. We also showed that the protective effect of ABA on young seedlings against dryness was reduced for lpiat line. In addition, germination of lpiat mutant seeds was more sensitive to hyperosmotic stress. All these results suggest a link between phosphoinositides and ABA signalling in the control of seed germination

2018 ◽  
Author(s):  
Frédérique Van Gijsegem ◽  
Frédérique Bitton ◽  
Anne-Laure Laborie ◽  
Yvan Kraepiel ◽  
Jacques Pédron

AbstractTo draw a global view of plant responses to interactions with the phytopathogenic enterobacterale Dickeya dadantii, a causal agent of soft rot diseases on many plant species, we analysed the early Arabidopsis responses to D. dadantii infection. We performed a genome-wide analysis of the Arabidopsis thaliana transcriptome during D. dadantii infection and conducted a genetic study of identified responses.A limited set of genes related to plant defence or interactions with the environment were induced at an early stage of infection, with an over-representation of genes involved in both the metabolism of indole glucosinolates (IGs) and the jasmonate (JA) defence pathway. Bacterial type I and type II secretion systems are required to trigger the induction of IG and JA-related genes while the type III secretion system appears to partially inhibit these defence pathways. Using Arabidopsis mutants impaired in JA biosynthesis or perception, we showed that induction of some IG metabolism genes was COI1-dependent but, surprisingly, JA-independent. Moreover, characterisation of D. dadantii disease progression in Arabidopsis mutants impaired in JA or IG pathways showed that JA triggers an efficient plant defence response that does not involve IGs.The induction of the IG pathway by bacterial pathogens has been reported several times in vitro. This study shows for the first time, that this induction does indeed occur in planta, but also that this line of defence is ineffective against D. dadantii infection, in contrast to its role to counteract herbivorous or fungal pathogen attacks.


2016 ◽  
Vol 63 (3) ◽  
Author(s):  
Thuy T. P. Doan ◽  
Anders S. Carlsson ◽  
Sten Stymne ◽  
Per Hofvander

Fatty alcohols and derivatives are important for proper deposition of a functional pollen wall. Mutations in specific genes encoding fatty acid reductases (FAR) responsible for fatty alcohol production cause abnormal development of pollen. A disrupted AtFAR2 (MS2) gene in Arabidopsis thaliana results in pollen developing an abnormal exine layer and a reduced fertility phenotype. AtFAR2 has been shown to be targeted to chloroplasts and in a purified form to be specific for acyl-ACP substrates. Here, we present data on the in vitro and in planta characterizations of AtFAR2 from A. thaliana and show that this enzyme has the ability to use both, C16:0-ACP and C16:0-CoA, as substrates to produce C16:0-alcohol. Our results further show that AtFAR2 is highly similar in properties and substrate specificity to AtFAR6 for which in vitro data has been published, and which is also a chloroplast localized enzyme. This suggests that although AtFAR2 is the major enzyme responsible for exine layer functionality, AtFAR6 might provide functional redundancy to AtFAR2.


2001 ◽  
Vol 14 (2) ◽  
pp. 234-241 ◽  
Author(s):  
Wenqi Hu ◽  
Jing Yuan ◽  
Qiao-Ling Jin ◽  
Patrick Hart ◽  
Sheng Yang He

Hypersensitive reaction and pathogenicity (hrp) genes are required for Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000 to cause disease in susceptible tomato and Arabidopsis thaliana plants and to elicit the hypersensitive response in resistant plants. The hrp genes encode a type III protein secretion system known as the Hrp system, which in Pst DC3000 secretes HrpA, HrpZ, HrpW, and AvrPto and assembles a surface appendage, named the Hrp pilus, in hrp-gene-inducing minimal medium. HrpA has been suggested to be the Hrp pilus structural protein on the basis of copurification and mutational analyses. In this study, we show that an antibody against HrpA efficiently labeled Hrp pili, whereas antibodies against HrpW and HrpZ did not. Immunogold labeling of bacteria-infected Arabidopsis thaliana leaf tissue with an Hrp pilus antibody revealed a characteristic lineup of gold particles around bacteria and/or at the bacterium-plant contact site. These results confirm that HrpA is the major structural protein of the Hrp pilus and provide evidence that Hrp pili are assembled in vitro and in planta.


2020 ◽  
Vol 21 (7) ◽  
pp. 2567 ◽  
Author(s):  
Antje Walter ◽  
Lorenzo Caputi ◽  
Sarah O’Connor ◽  
Karl-Heinz van Pée ◽  
Jutta Ludwig-Müller

Plant hormones have various functions in plants and play crucial roles in all developmental and differentiation stages. Auxins constitute one of the most important groups with the major representative indole-3-acetic acid (IAA). A halogenated derivate of IAA, 4-chloro-indole-3-acetic acid (4-Cl-IAA), has previously been identified in Pisum sativum and other legumes. While the enzymes responsible for the halogenation of compounds in bacteria and fungi are well studied, the metabolic pathways leading to the production of 4-Cl-IAA in plants, especially the halogenating reaction, are still unknown. Therefore, bacterial flavin-dependent tryptophan-halogenase genes were transformed into the model organism Arabidopsis thaliana. The type of chlorinated indole derivatives that could be expected was determined by incubating wild type A. thaliana with different Cl-tryptophan derivatives. We showed that, in addition to chlorinated IAA, chlorinated IAA conjugates were synthesized. Concomitantly, we found that an auxin conjugate synthetase (GH3.3 protein) from A. thaliana was able to convert chlorinated IAAs to amino acid conjugates in vitro. In addition, we showed that the production of halogenated tryptophan (Trp), indole-3-acetonitrile (IAN) and IAA is possible in transgenic A. thaliana in planta with the help of the bacterial halogenating enzymes. Furthermore, it was investigated if there is an effect (i) of exogenously applied Cl-IAA and Cl-Trp and (ii) of endogenously chlorinated substances on the growth phenotype of the plants.


2012 ◽  
Vol 444 (2) ◽  
pp. 227-237 ◽  
Author(s):  
Kaushik Saha ◽  
Michael E. Webb ◽  
Stephen E. J. Rigby ◽  
Helen K. Leech ◽  
Martin J. Warren ◽  
...  

Sirohaem is a cofactor of nitrite and sulfite reductases, essential for assimilation of nitrogen and sulfur. Sirohaem is synthesized from the central tetrapyrrole intermediate uroporphyrinogen III by methylation, oxidation and ferrochelation reactions. In Arabidopsis thaliana, the ferrochelation step is catalysed by sirohydrochlorin ferrochelatase (SirB), which, unlike its counterparts in bacteria, contains an [Fe–S] cluster. We determined the cluster to be a [4Fe–4S] type, which quickly oxidizes to a [2Fe–2S] form in the presence of oxygen. We also identified the cluster ligands as four conserved cysteine residues located at the C-terminus. A fifth conserved cysteine residue, Cys135, is not involved in ligating the cluster directly, but influences the oxygen-sensitivity of the [4Fe–4S] form, and possibly the affinity for the substrate metal. Substitution mutants of the enzyme lacking the Fe–S cluster or Cys135 retain the same specific activity in vitro and dimeric quaternary structure as the wild-type enzyme. The mutant variants also rescue a defined Escherichia coli sirohaem-deficient mutant. However, the mutant enzymes cannot complement Arabidopsis plants with a null AtSirB mutation, which exhibits post-germination arrest. These observations suggest an important physiological role for the Fe–S cluster in planta, highlighting the close association of iron, sulfur and tetrapyrrole metabolism.


2020 ◽  
Vol 117 (16) ◽  
pp. 9101-9111 ◽  
Author(s):  
Alexander P. Hertle ◽  
José G. García-Cerdán ◽  
Ute Armbruster ◽  
Robert Shih ◽  
Jimmy J. Lee ◽  
...  

In eukaryotic photosynthetic organisms, the conversion of solar into chemical energy occurs in thylakoid membranes in the chloroplast. How thylakoid membranes are formed and maintained is poorly understood. However, previous observations of vesicles adjacent to the stromal side of the inner envelope membrane of the chloroplast suggest a possible role of membrane transport via vesicle trafficking from the inner envelope to the thylakoids. Here we show that the model plant Arabidopsis thaliana has a chloroplast-localized Sec14-like protein (CPSFL1) that is necessary for photoautotrophic growth and vesicle formation at the inner envelope membrane of the chloroplast. The cpsfl1 mutants are seedling lethal, show a defect in thylakoid structure, and lack chloroplast vesicles. Sec14 domain proteins are found only in eukaryotes and have been well characterized in yeast, where they regulate vesicle budding at the trans-Golgi network. Like the yeast Sec14p, CPSFL1 binds phosphatidylinositol phosphates (PIPs) and phosphatidic acid (PA) and acts as a phosphatidylinositol transfer protein in vitro, and expression of Arabidopsis CPSFL1 can complement the yeast sec14 mutation. CPSFL1 can transfer PIP into PA-rich membrane bilayers in vitro, suggesting that CPSFL1 potentially facilitates vesicle formation by trafficking PA and/or PIP, known regulators of membrane trafficking between organellar subcompartments. These results underscore the role of vesicles in thylakoid biogenesis and/or maintenance. CPSFL1 appears to be an example of a eukaryotic cytosolic protein that has been coopted for a function in the chloroplast, an organelle derived from endosymbiosis of a cyanobacterium.


HortScience ◽  
2018 ◽  
Vol 53 (4) ◽  
pp. 535-540 ◽  
Author(s):  
He Li ◽  
Donglin Zhang

Kalmia latifolia L. (mountain laurel), a member of Ericaceae, is a beautiful ornamental shrub native to the eastern United States. The plant is not common in the southeastern United States landscapes because of the limited heat tolerance of most commercial cultivars. Breeding of heat-tolerant cultivars can be achieved by cross hybridization, but is often challenged by low germination percentage, long germination time, and potential abortion of cross-hybridized seeds. We used in vitro seed germination to enhance germination and shorten germination time and investigated the appropriate collecting time, optimal basal medium, and pH for this approach. Collecting time affected in vitro seed germination, with more mature hybrid seeds [collected 4–5 months after pollination (MAP)] having higher germination rate (90% in 4 weeks) than the less mature seeds collected in 2 MAP (20% in 7 weeks). Seedlings from the mature seeds also produced two true leaves on average after 8 weeks of culture, whereas seedlings from the less mature seeds had no true leaves. Woody Plant Medium (WPM) better enhanced in vitro seed germination compared with Murashige and Skoog (MS) or Gamborg’s B5 (B5) medium. WPM yielded higher germination (98%) than MS (90%) and significantly greater total leaf area per seedling (67 mm3) than MS (50 mm3) and B5 (52 mm3) for seeds of ‘Firecracker’ × ‘Snowdrift’. Similar effects had been observed on seeds from ‘Little Linda’ × ‘Starburst’ and ‘Pristine’ × ‘Peppermint’. The pH ranging from 4.2 to 5.4 did not affect seed germination and seedling development of mountain laurel hybrids. Our protocol enabled early collection of mountain laurel hybrid seeds 1 month before their full maturation and permitted seeds to germinate in 4 weeks on WPM, which shortened the period from crossing to the seedling stage from up to 15 to 6 months and enhanced germination percentage from 30% to more than 90% compared with traditional seed germination. This protocol should be applied to promote the breeding and selection of new mountain laurel cultivars for the southeastern United States landscapes.


2018 ◽  
Author(s):  
Βαρβάρα Ποδιά

Το αγωγό σύστημα των φυτών είναι εσωτερικά τοποθετημένο στο φυτικό σώμα και αποτελείται από δύο ξεχωριστούς ιστούς, το ξύλωμα και το φλοίωμα. Η ανάπτυξή του περιλαμβάνει την εξειδίκευση, την εγκαθίδρυση, τη συντήρηση και τη διαφοροποίηση των επιμέρους κυττάρων του. Οι διεργασίες αυτές ξεκινούν με κοινά σηματοδοτικά μονοπάτια κατά την εμφάνιση του καμβίου στην εμβρυογένεση, στο στάδιο του πρώιμου σφαιρικού εμβρύου και στη συνέχεια διαχωρίζονται σε διακριτά μονοπάτια στους διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους. Κατά την τελική διαφοροποίηση που λαμβάνει χώρα μετεμβρυακά, τα ηθμώδη στοιχεία τροποποιούν τα κυτταρικά τους τοιχώματα και υφίστανται επιλεκτική αυτόλυση, ενώ στα τραχειακά στοιχεία επιτελούνται οι διεργασίες της εναπόθεσης δευτερογενούς κυτταρικού τοιχώματος, του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου, της αυτόλυσης και της λιγνινοποίησης. Τα ηθμώδη άρθρα περιλαμβάνουν παχυμένα πρωτογενή κυτταρικά τοιχώματα τα οποία αποτελούνται από κυτταρίνη, ημικυτταρίνες, πηκτίνες και πρωτεΐνες ενώ τα δευτερογενή κυτταρικά τοιχώματα των τραχειακών στοιχείων αποτελούνται από κυτταρίνη, ημικυτταρίνες και λιγνίνη που μετατρέπουν τα υδαταγωγά στοιχεία σε συμπαγείς και άκαμπτους σωληνοειδείς σχηματισμούς κατάλληλους για τη μεταφορά νερού. Το μονοπάτι των TDIF-TDR συντονίζει τη διατήρηση του καμβίου και τη διαφοροποίησή του σε κύτταρα φλοιώματος και ξυλώματος.Ο ρόλος του αγωγού συστήματος περιλαμβάνει τη μεταφορά του νερού και των οργανικών και ανόργανων θρεπτικών συστατικών που είναι ζωτικής σημασίας για τα φυτά και την ανάπτυξή τους. Επίσης, ο αγωγός ιστός στηρίζει το φυτικό σώμα και συμμετέχει στην μεταφορά ή/και τη βιοσύνθεση σηματοδοτικών μορίων, μεταξύ των οποίων και σήματα απόκρισης του φυτού σε βιοτική και αβιοτική καταπόνηση. Η χρήση της λιγνοκυτταρινικής βιομάζας, που προέρχεται κατά κύριο λόγο από τα παχυμένα δευτερογενή κυτταρικά τοιχώματα του δευτερογενούς ξυλώματος, στη βιομηχανία παραγωγής χαρτιού και βιοκαυσίμων, έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον των ερευνητών εδώ και πολλές δεκαετίες και έχει εντατικοποιήσει τις μελέτες των μηχανισμών που διέπουν την ανάπτυξη του αγωγού συστήματος και κυρίως τη διαφοροποίηση των τραχειακών στοιχείων. Ενώ οι αρχικές μελέτες περιελάμβαναν in planta αναλύσεις και παρατηρήσεις σε ολόκληρους πολυκύτταρους οργανισμούς και σε in vitro συστήματα κυτταροκαλλιεργειών, οι προσεγγίσεις αυτές είχαν αρκετούς περιορισμούς. Ωστόσο, η ανάπτυξη των μεθοδολογιών της προς τα εμπρός και αντίστροφης γενετικής όπως επίσης και των μεθοδολογιών των μικροσυστοιχιών, έχουν συντελέσει στην ταυτοποίηση αρκετών πρωτεϊνών και στη διαλεύκανση βιοχημικών μονοπατιών και ρυθμιστικών δικτύων που σχετίζονται με την ανάπτυξη του αγωγού συστήματος. Μεθοδολογίες όπως η ανοσοκατακρήμνιση χρωματίνης, η ανοσοκατακρήμνιση συμπλόκων και το σύστημα κυτταροκαλλιέργειας VISUAL, έχουν δώσει σημαντική ώθηση τα τελευταία χρόνια στην καλύτερη κατανόηση των επιμέρους μοριακών μονοπατιών και ρυθμιστικών δικτύων που εμπλέκονται στα στάδια διαφοροποίησης των τραχειακών και ηθμωδών στοιχείων του αγωγού συστήματος. Ωστόσο, παρ’ όλη την πρόοδο που έχει επιτευχθεί στον συγκεκριμένο τομέα, πολλές πτυχές των παραπάνω μηχανισμών παραμένουν ασαφείς και χρήζουν περαιτέρω επιστημονικής έρευνας. Στην παρούσα έρευνα, μελετήθηκε ο αναπτυξιακός ρόλος των γονιδίων VPNB1 και RASD1 από το Arabidopsis thaliana, τα οποία κωδικοποιούν για πρωτεΐνες άγνωστης μέχρι σήμερα λειτουργίας. Τα συγκεκριμένα γονίδια, αν και εκφράζονται στο αγωγό σύστημα, παρουσιάζουν διακριτούς ρόλους σε αυτό. Το VPNB1 κωδικοποιεί για μία armadillo επαναλαμβανόμενη πρωτεΐνη, η οποία εκφράζεται αποκλειστικά στο αγωγό σύστημα και συγκεκριμένα στο κάμβιο και στα διαφοροποιούμενα κύτταρα του ξυλώματος και του φλοιώματος. Πειράματα υποκυτταρικής τοπολογίας έδειξαν ότι η VPNB1 είναι εντοπισμένη σε πυρηνοπλασμικές δομές, που δεν σχετίζονται με τα cajal bodies. Η in silico ανάλυση του υποκινητή αποκάλυψε την παρουσία ρυθμιστικών στοιχείων που απαντούν σε υποκινητές γονιδίων που σχετίζονται με τη διαφοροποίηση τραχειακών και ηθμωδών στοιχείων, όπως τα SMRE, SNBE, M46RE και E-boxes, ενώ η in planta μελέτη του επιβεβαίωσε τη συμμετοχή των στοιχείων αυτών στην επαγωγή της έκφρασης του γονιδίου VPNB1. Τα μεταλλάγματα vpnb1 παρουσιάζουν ένα φαινότυπο καθυστερημένης ανάπτυξης και ένα μη κανονικό πρότυπο ξυλώματος, ενώ σε εγκάρσιες τομές της ρίζας παρατηρείται αποδιοργάνωση του προτύπου του κεντρικού κυλίνδρου. Σε αντίθεση, οι σειρές υπερέκφρασης παρουσιάζουν έναν αντίστροφο φαινότυπο αυξημένης ανάπτυξης, που συνοδεύεται από αυξημένη εναπόθεση φλοιωματικών και ξυλωματικών κυτταρικών στοιβάδων. Σε συμφωνία με τα παραπάνω δεδομένα, ποσοτική PCR ανάλυση αποκάλυψε την απορρύθμιση της έκφρασης διαφόρων σημαντικών γονιδίων ρυθμιστών της βιοσύνθεσης του δευτερογενούς τοιχώματος, όπως τα NST1, MYB46, MYB58, IRX5, IRX8 και IRX12, υπογραμμίζοντας την εμπλοκή της VPNB1 στη ρύθμιση της διαφοροποίησης του αγωγού ιστού της ρίζας και του βλαστού. Το γονίδιο RASD1 (RESPONSIVENESS TO ABA SALT AND DROUGHT 1) κωδικοποιεί για μία C2-δομικών μοτίβων CAR-όμοια πρωτεΐνη που εκφράζεται κυρίως στο αγωγό σύστημα του Arabidopsis. Προκειμένου να διερευνηθεί ο ρόλος του στην ανάπτυξη του φυτού, εφαρμόστηκε ένας συνδυασμός μοριακών, γενετικών και φυσιολογικών προσεγγίσεων. Τα δεδομένα υπέδειξαν ότι η RASD1 εντοπίζεται στον πυρήνα και στην περιφέρεια του κυττάρου, ενώ τα rasd1 μεταλλάγματα δεν αποκρίνονται στο εξωγενές ABA. Ο μη ευαίσθητος αυτός φαινότυπος στον φυτοαυξητικό ρυθμιστή ΑΒΑ καθιστά τα ολικής απώλειας μεταλλάγματα ευαίσθητα στην καταπόνηση από ξηρασία και ανθεκτικά στην καταπόνηση από NaCl, τόσο κατά τη διάρκεια της φύτρωσης των σπερμάτων όσο και κατά την ανάπτυξη. Τα δεδομένα υποδεικνύουν ότι η RASD1 εμπλέκεται σε μονοπάτια μεταγωγής σήματος που σχετίζονται με το ABA, ως ένας πιθανός σημαντικός ρυθμιστής, ο οποίος καθιστά ικανά τα φυτά να ενεργοποιούν μηχανισμούς που σχετίζονται με τη φύτρωση των σπερμάτων και την ανάπτυξη τους σε αβιοτικές καταπονήσεις.


HortScience ◽  
2005 ◽  
Vol 40 (5) ◽  
pp. 1485-1486
Author(s):  
Ikuo Miyajima ◽  
Adriana Kato ◽  
Juan Carlos Hagiwara ◽  
Diego Mata ◽  
Gabriela Facciuto ◽  
...  

In vitro germination of immature seeds of Jacaranda mimosifolia treated with gibberellic acid (GA3) was studied. Immature seeds were collected monthly after crossings and sown on Murashige and Skoog (1962) medium with 3.0% sucrose and 0.6% agar after soaked 24 hours with 0, 10, 100, and 500 mg·L–1 GA3 solutions. Though germination was observed in the immature seeds harvested 2 months after crossing (2 MAC), the rate was quite low. When immature seeds of 3 MAC treated with 100 or 500 mg·L–1 GA3 solution were cultured, >60% germination were obtained within 2 weeks after culturing. These results indicate that immature seeds of 3 MAC treated with adequate GA3 solutions, seedlings can be obtained precociously and the period from crossing to the seedling stage was shorter than for mature seeds.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document