Interactions of AHL genes and their effect on the root system development

Abstract

2 Abstrakt AT-HOOK MOTIF NUCLEAR LOCALIZED (AHL) jsou rostlinné transkripční regulátory s širokou škálou funkcí, jejichž role v kořenech dosud nebyly komplexně studovány. Ve své práci jsem se zaměřila na blízké paralogy AHL19, AHL20, AHL21 a AHL23. Tyto geny jsou exprimovány v kořenech Arabidopsis thaliana s různou intenzitou a specifickými expresními vzorci, které se v některých pletivech překrývají, a jejich proteiny mohou fyzicky interagovat mezi sebou. Analýzy mutantních linií (T-DNA inzerce, CRISPR/Cas9, overexprese) ukázaly, že studované AHL působí jako pozitivní regulátory růstu kořenového systému, přičemž nejvýrazněji ovlivňují tvorbu a růst postranních kořenů. Četné odlišné fenotypové parametry a aditivní účinky násobných mutací naznačují jejich funkční redundanci, ale i kvalitativní odlišnosti v jejich příspěvku k regulaci růstu. Fenotypové analýzy prokázaly, že AHL regulují proliferaci a v některých případech elongaci buněk kořene. U transformantů byl inhibován především růst primordií postranních kořenů v pozdějších vývojových fázích, zatímco jejich iniciace byla ovlivněna méně, nebo vůbec. Přídavek sacharózy do kultivačního média částečně kompenzoval knock-out fenotypy, což naznačuje propojení funkce genů AHL se sacharózovou signalizací. Rozdílné reakce mutantů AHL19/20 na ošetření auxinem a...

1 Abstract AT-HOOK MOTIF NUCLEAR LOCALIZED (AHL) genes are transcriptional regulators with wide-range of functions in plants, but they have not been comprehensively studied in the roots yet. In this study, we focused on the close paralogs from the Clade-A AHL19, AHL20, AHL21 and AHL23. They are active in Arabidopsis thaliana roots with varying intensity and expression patterns which overlap in some tissues, and their proteins can physically interact with each other. Loss-of-function analyses of T-DNA and CRISPR/Cas9 lines revealed that studied AHLs act as positive regulators of root system growth where especially lateral roots (LRs) are affected. Single mutants exhibit root growth inhibition and higher- order mutants have additive effects depending on the combination of mutated genes indicating their redundancy and varying quantitative contributions. Further analyses showed that AHLs control proliferation and elongation of root cells. In addition, growth of LR primordia in later stages rather than their initiation is inhibited in transformants. Sucrose addition to the medium rescued loss-of-function phenotypes linking AHL genes with sucrose signalling. Differing responses of AHL19/20 mutants to auxin and cytokinin treatments show gene-specific alterations in phytohormone sensitivity and suggests AHL...