重力刺激は、シロイヌナズナの根の重力刺激の負のエフェクターであるEHB1の分布を変化させる

A gravitropic stimulus alters the distribution of EHB1, a negative effector of root gravitropism in Arabidopsis.

• Magnus Rath
• Michaela Dümmer
• Paul Galland
• Christoph Forreiter

抄録

シロイヌナズナでは、重力屈伸はAGD12（ADP-RIBOSYLATION FACTOR GTPase-ACTIVATING PROTEIN）とEHB1（ENHANCED BENDING 1）という2つの拮抗的に相互作用するタンパク質によって影響を受けている。AGD12は重力屈伸を促進するのに対し、EHB1は負の要素として機能している。そこで、重力刺激後の根尖部におけるAGD12-GFPとEHB1-GFP融合タンパク質の位置を共焦点レーザー顕微鏡で解析した。この目的のために、対物軸と根の軸を揃えて顕微鏡で可視化する新しい方法を開発したところ、根尖部全体の蛍光勾配が改善され、比較可能な識別が可能になった。垂直方向の根では、両方のタンパク質は対称的に局在しており、コルメラの外層に優先的に発生していた。また、根を水平方向に向きを変えた後、EHB1-GFPは重力の影響とは逆にコルメラの上層に蓄積した。また、重力による EHB1-GFP の非対称性は、根を垂直に戻すと消失した。AGD12-GFPでは、このような非対称性は生じなかった。これらの結果から、重力刺激後の根の上部と下部では、EHB1とAGD12の細胞比が異なる影響を受けていることが明らかになった。また、重力刺激後のEHB1とAGD12の細胞比が、根の上部と下部で異なる影響を受けていることを明らかにし、その影響が、最終的には根の下部へのオーキシン流のリダイレクションに影響を与える重要なシグナル伝達イベントであることを明らかにした。

In Arabidopsis gravitropism is affected by two antagonistically interacting proteins, AGD12 (ADP-RIBOSYLATION FACTOR GTPase-ACTIVATING PROTEIN) and EHB1 (ENHANCED BENDING 1). While AGD12 enhances gravitropic bending, EHB1 functions as a negative element. To further characterize their cellular function, we analyzed the location of AGD12-GFP and EHB1-GFP fusion proteins in the root apex by confocal laser-scanning microscopy after gravitropic stimulation. For this purpose, a novel method of microscopic visualization was developed with the objective and root axes aligned allowing an improved and comparable discernment of the fluorescence gradient across the columella. In vertical roots, both proteins were localized symmetrically and occurred preferentially in the outer layers of the columella. After reorienting roots horizontally, EHB1-GFP accumulated in the upper cell layers of the columella, that is, opposite to the gravity vector. The gravity-induced EHB1-GFP asymmetry disappeared after reorienting the roots back into the vertical position. No such asymmetry occurred with AGD12-GFP. Our findings reveal that after a gravitropic stimulus the cellular ratio between EHB1 and AGD12 is affected differently in the upper and lower part of the root. Its impact as a significant signaling event that ultimately affects the redirection of the lateral auxin flux toward the lower site of the root is discussed.

© 2020 The Authors. Plant Direct published by American Society of Plant Biologists, Society for Experimental Biology and John Wiley & Sons Ltd.