カリウムトランスポーターTRH1サブユニットの集合体が細胞運命決定経路から自律的に根毛の伸長を制御している

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Plant Sci..2015 Feb;231:131-7. S0168-9452(14)00287-8. doi: 10.1016/j.plantsci.2014.11.017.Epub 2014-12-04.

カリウムトランスポーターTRH1サブユニットの集合体が細胞運命決定経路から自律的に根毛の伸長を制御している

Potassium transporter TRH1 subunits assemble regulating root-hair elongation autonomously from the cell fate determination pathway.

Gerasimos Daras
Stamatis Rigas
Dikran Tsitsekian
Tefkros A Iacovides
Polydefkis Hatzopoulos

PMID: 25575998 DOI: 10.1016/j.plantsci.2014.11.017.

抄録

TRH1植物の三葉芽細胞は根毛開始部位を形成しているが、先端の成長に失敗し、その結果、小さな根毛の表現型になっている。TRH1はシロイヌナズナのKT/KUP/HAKカリウムトランスポーターファミリーに属しており、根毛の成長と重心移動を制御している。細胞運命や根毛開始に影響を与えるTRH1と根毛変異体の二重変異体の組み合わせは、相加的な表現型を示し、TRH1は独立して根毛開始の下流で発達的に作用していることが示唆された。タバコ表皮細胞へのTRH1-YFP(C)とTRH1-YFP(N)の共形質転換に伴う二分子蛍光相補化(BiFC)により、TRH1サブユニットのホモ二量化を示す蛍光発光が得られた。酵母の二本鎖ハイブリッド解析により、2種類の相互作用が明らかになった。残基Q105からT141に伸びる第2と第3の膜貫通ドメインの間の親水性セグメントは、アミノ酸R565からA729に伸びる、最後の膜貫通ドメインを超えてC末端の領域は、強く自己相互作用するのに対し、比較的弱い相互作用のために有能である。これらのドメインは、細胞膜構造内で活性なK(+)輸送システムを形成するTRH1サブユニットの共集合を促進している可能性が高い。以上の結果から、TRH1はオーキシンのホメオスタシスを維持するために、根毛の発生経路と環境・ホルモンシグナル伝達経路との間の収束点として機能していることが示唆された。

Trichoblasts of trh1 plants form root-hair initiation sites that fail to undergo tip growth resulting in a tiny root-hair phenotype. TRH1 belongs to Arabidopsis KT/KUP/HAK potassium transporter family controlling root-hair growth and gravitropism. Double mutant combinations between trh1 and root-hair mutants affecting cell fate or root-hair initiation exhibited additive phenotypes, suggesting that TRH1 acts independently and developmentally downstream of root-hair initiation. Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC), upon TRH1-YFP(C) and TRH1-YFP(N) co-transformation into tobacco epidermal cells, led to fluorescence emission indicative of TRH1 subunit homodimerization. Yeast two-hybrid analysis revealed two types of interactions. The hydrophilic segment between the second and the third transmembrane domain extending from residues Q105 to T141 is competent for a relatively weak interaction, whereas the region at the C-terminal beyond the last transmembrane domain, extending from amino acids R565 to A729, strongly self-interacts. These domains likely facilitate the co-assembly of TRH1 subunits forming an active K(+) transport system within cellular membrane structures. The results support the role of TRH1 acting as a convergence point between the developmental root-hair pathway and the environmental/hormonal signaling pathway to preserve auxin homeostasis ensuring plant adaptation in changing environments.