O peptídeo CLE33 reprime a diferenciação do floema via sinalização autócrina e parácrina em Arabidopsis

Jul 23, 2023

Biologia das Comunicações volume 6, Número do artigo: 588 (2023) Cite este artigo

14 Altmétrica

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Os meristemas vegetais requerem um suprimento constante de fotoassimilados e hormônios para as células meristemáticas em divisão. Na raiz em crescimento, tal suprimento é fornecido por elementos crivados do protofloema. Devido à sua função proeminente para o meristema apical da raiz, o protofloema é o primeiro tecido a se diferenciar. Este processo é regulado por um circuito genético envolvendo de um lado os reguladores positivos DOF ​​fatores de transcrição, OCTOPUS (OPS) e BREVIX RADIX (BRX), e do outro lado os reguladores negativos CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION RELATED (CLE) peptídeos e seus receptores cognatos QUASE QUALQUER MERISTEMA (BAM) quinases semelhantes a receptores. Os mutantes brx e ops abrigam um protofloema descontínuo que pode ser totalmente resgatado por mutação em BAM3, mas é apenas parcialmente resgatado quando todos os três genes CLE específicos do floema conhecidos, CLE25/26/45, são simultaneamente mutados. Aqui identificamos um gene CLE intimamente relacionado ao CLE45, denominado CLE33. Mostramos que o mutante duplo cle33cle45 suprime completamente o fenótipo de protofloema brx e ops. Ortólogos CLE33 são encontrados em angiospermas basais, monocotiledôneas e eudicotiledôneas, e a duplicação do gene que deu origem a CLE45 em Arabidopsis e outras Brassicaceae parece ser um evento recente. Assim, descobrimos o gene CLE de Arabidopsis não identificado anteriormente, que é um elemento essencial na formação do protofloema.

Nas plantas vasculares, os tecidos do floema transportam açúcares e moléculas de sinalização para afundar os órgãos para crescimento e armazenamento1,2. Na raiz de Arabidopsis em crescimento, o meristema apical da raiz é um grande dreno e dois pólos de floema, contendo elementos crivados funcionais, descarregam a seiva do floema na região meristemática3. Cada pólo consiste em um elemento crivado do protofloema, flanqueado por duas células do periciclo do pólo do floema do lado de fora, e um elemento crivado do metafloema do interior, e duas células companheiras adjacentes a essas células do elemento crivado. Essa estrutura complexa atua como uma unidade funcional4. Notavelmente, a entrega de açúcares e hormônios ao meristema da raiz é exclusivamente mediada por elementos crivados do protofloema, enquanto os elementos crivados do metafloema permanecem indiferenciados nesta região da raiz5.

O processo de formação do elemento crivado do protofloema requer modificações celulares radicais, incluindo reforço da parede celular, enucleação e formação da placa crivada6,7. O controle genético do desenvolvimento do protofloema em Arabidopsis tem sido estudado intensivamente na última década4,6,8,9,10,11, incluindo análises transcriptômicas precisas de todo o pólo do floema4 e elementos crivados em desenvolvimento6. A diferenciação do protofloema é controlada por múltiplos reguladores, como gradientes hormonais, fatores de transcrição DOF e repressores transcricionais SMXL9,12. Além disso, duas proteínas localizadas na membrana, BREVIS RADIX (BRX) e OCTOPUS (OPS), atuam como reguladores positivos do desenvolvimento do protofloema8,10. Os mutantes de perda de função brx e ops exibem um protofloema descontínuo, caracterizado pelas chamadas células gap que não conseguem se diferenciar. A continuidade interrompida do protofloema resulta em uma entrega reduzida de seiva do floema ao meristema apical da raiz e crescimento radicular limitado8,10. QUASE QUALQUER MERISTEM 3 (BAM3) foi identificado em uma tela supressora de brx com bam3 resgatando o crescimento da raiz e os fenótipos de célula de lacuna de brx e ops10. BAM3 codifica para um receptor quinase rico em leucina (LRR-RLK), um receptor cognato do peptídeo CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45)13. Embora um mutante de ordem superior de genes CLE expressos no floema (CLE25/26/45) tenha demonstrado recentemente resgatar parcialmente o fenótipo celular brx e ops gap, esse resgate não está no nível do resgate completo alcançado em bam314. Esta discrepância fenotípica entre o receptor e seus ligantes sugere que peptídeos CLE endógenos adicionais, ligantes BAM3, ainda precisam ser identificados.

Os peptídeos CLE são produzidos a partir de um pré-propeptídeo de aproximadamente 100 aminoácidos que possui um peptídeo sinal em seu terminal N para liberação apoplástica, uma região variável central e um domínio CLE de 12 a 13 resíduos conservado em seu terminal C, que é clivado desligado para liberar o peptídeo CLE maduro. Dado o pequeno tamanho do gene e alta variabilidade de sequência fora do domínio CLE, a anotação do genoma dos genes CLE pode ser um desafio. Em Arabidopsis, suas descobertas partiram inicialmente de uma tela mutante15,16, após a clonagem do CLV317. A primeira versão do genoma de Arabidopsis18 permitiu a identificação de membros adicionais da família CLE em várias iterações19,20,21,22,23. Até o momento, 32 genes CLE são anotados codificando 27 peptídeos exclusivos. Recentemente, exploramos a família de genes CLE no tomate e encontramos 37 novos genes CLE24, levantando a questão se genes CLE adicionais ainda precisam ser descobertos em Arabidopsis.