Leucine-rich repeat extensin proteins regulate plant salt tolerance in Arabidopsis

Resumo

A compreensão e transmissão de sinais de parede celular são de extrema importância para as plantas na regulação do crescimento e respostas ao estresse, mas os mecanismos subjacentes ainda são pouco compreendidos. Nossos resultados indicam que a presença de extensinas de repetição (LRX) 3/4/5 ricas em leucina na parede celular são críticas para a tolerância ao estresse salino em plantas de Arabidopsis. As extensões LRXs estabelecem associações físicas com os peptídeos RALF22/23 do FATOR DE ALCALINIZAÇÃO RÁPIDA (RALF), que subsequentemente se envolvem em interações com a proteína quinase receptora FERONIA (FER) localizada na membrana plasmática. Nas plantas mutantes triplas lrx345 bem como as plantas mutantes fer, apresentam crescimento retardado e hipersensibilidade ao sal, fenômenos que são emulados pela superexpressão de RALF22/23. A ocorrência de estresse salino facilita a liberação de peptídeos RALF22 maduros através da ação da protease S1P. O tratamento de raízes com peptídeos maduros RALF22/23 ou exposição ao estresse salino induz a internalização da FER nas raízes. Nossos resultados sugerem que os LRXs, RALFs e FER funcionam como um módulo para transduzir sinais da parede celular para regular o crescimento da planta e a tolerância ao estresse salino.

Abstract

The perception and relay of cell-wall signals are critical for plants to regulate growth and stress responses, but the underlying mechanisms are poorly understood. We found that the cell-wall leucine-rich repeat extensins (LRX) 3/4/5 are critical for plant salt tolerance in Arabidopsis. The LRXs physically associate with the RAPID ALKALINIZATION FACTOR (RALF) peptides RALF22/23, which in turn interact with the plasma membrane-localized receptor-like protein kinase FERONIA (FER). The lrx345 triple mutant as well as fer mutant plants display retarded growth and salt hypersensitivity, which are mimicked by overexpression of RALF22/23. Salt stress promotes S1P protease-dependent release of mature RALF22 peptides. Treatment of roots with mature RALF22/23 peptides or salt stress causes the internalization of FER. Our results suggest that the LRXs, RALFs, and FER function as a module to transduce cell-wall signals to regulate plant growth and salt stress tolerance.