Hydrogen sulfide antagonizes cytokinin to change root system architecture through persulfidation of CKX2 in Arabidopsis

Resumo

O sulfeto de hidrogênio (H₂S) é uma molécula sinalizadora gasosa endógena, que tem sido mostrada desempenhar um papel importante no crescimento e desenvolvimento das plantas ao se acoplar a vários fitormônios. No entanto, a relação entre H₂S e citocinina (CTK) e os mecanismos pelos quais H₂S e CTK afetam o crescimento radicular permanecem pouco compreendidos. A CTK endógena foi analisada por UHPLC-ESI-MS/MS. A persulfidação de citocinina oxidase/desidrogenases (CKXs) foi analisada por espectrometria de massa (MS). Linhas transgênicas ckx2/CKX2 selvagem (WT), OE CKX2 e ckx2/CKX2Cys(C)62alanina(A) foram isoladas com o fundo ckx2. O H₂S está ligado ao conteúdo de CTK pela CKX2, que regula a arquitetura do sistema radicular (RSA). A persulfidação no resíduo de cisteína (Cys)62 da CKX2 aumenta a atividade da CKX2, resultando em conteúdo reduzido de CTK. Utilizamos linhagens transgênicas 35S-LCD/oasa1 para investigar o efeito do H₂S endógeno na RSA, indicando que o H₂S reduz o ângulo de ajuste gravitrópico (GSA), encurta os pelos radiculares e aumenta o número de raízes laterais (LRs). A persulfidação de CKX2Cys62 altera a elongação das células nos flancos superior e inferior da zona de elongação das raízes laterais, confirmando que Cys62 da CKX2 é o alvo específico do H₂S para regular a RSA in vivo. Em conclusão, este estudo demonstrou que o H₂S regula negativamente o conteúdo de CTK e afeta a RSA por persulfidação de CKX2Cys62 em Arabidopsis thaliana.

Abstract

Hydrogen sulfide (H2S) is an endogenous gaseous signaling molecule, which has been shown to play an important role in plant growth and development by coupling with various phytohormones. However, the relationship between H2S and cytokinin (CTK) and the mechanisms by which H2S and CTK affect root growth remain poorly understood. Endogenous CTK was analyzed by UHPLC-ESI-MS/MS. Persulfidation of cytokinin oxidase/dehydrogenases (CKXs) was analyzed by mass spectrometry (MS). ckx2/CKX2wild-type (WT), OE CKX2 and ckx2/CKX2Cys(C)62alanine(A) transgenic lines were isolated with the ckx2 background. H2S is linked to CTK content by CKX2, which regulates root system architecture (RSA). Persulfidation at cysteine (Cys)62 residue of CKX2 enhances CKX2 activity, resulting in reduced CTK content. We utilized 35S-LCD/oasa1 transgenic lines to investigate the effect of endogenous H2S on RSA, indicating that H2S reduces the gravitropic set-point angle (GSA), shortens root hairs, and increases the number of lateral roots (LRs). The persulfidation of CKX2Cys62 changes the elongation of cells on the upper and lower flanks of LR elongation zone, confirming that Cys62 of CKX2 is the specificity target of H2S to regulate RSA in vivo. In conclusion, this study demonstrated that H2S negatively regulates CTK content and affects RSA by persulfidation of CKX2Cys62 in Arabidopsis thaliana.