Glutamine induces lateral root initiation, stress responses, and disease resistance in Arabidopsis

拟南芥 生物 拟南芥 谷氨酰胺 侧根 水杨酸 突变体 基因 细胞生物学 基因表达 生物化学 植物抗病性 氨基酸
作者
Hong‐Sheng Liao,Kim‐Teng Lee,Yi‐Hsin Chung,Soon‐Ziet Chen,Y. Hung,Ming‐Hsiun Hsieh
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:195 (3): 2289-2308 被引量:4
标识
DOI:10.1093/plphys/kiae144
摘要

Abstract The production of glutamine (Gln) from NO3− and NH4+ requires ATP, reducing power, and carbon skeletons. Plants may redirect these resources to other physiological processes using Gln directly. However, feeding Gln as the sole nitrogen (N) source has complex effects on plants. Under optimal concentrations, Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) seedlings grown on Gln have similar primary root lengths, more lateral roots, smaller leaves, and higher amounts of amino acids and proteins compared to those grown on NH4NO3. While high levels of Gln accumulate in Arabidopsis seedlings grown on Gln, the expression of GLUTAMINE SYNTHETASE1;1 (GLN1;1), GLN1;2, and GLN1;3 encoding cytosolic GS1 increases and expression of GLN2 encoding chloroplastic GS2 decreases. These results suggest that Gln has distinct effects on regulating GLN1 and GLN2 gene expression. Notably, Arabidopsis seedlings grown on Gln have an unexpected gene expression profile. Compared with NH4NO3, which activates growth-promoting genes, Gln preferentially induces stress- and defense-responsive genes. Consistent with the gene expression data, exogenous treatment with Gln enhances disease resistance in Arabidopsis. The induction of Gln-responsive genes, including PATHOGENESIS-RELATED1, SYSTEMIC ACQUIRED RESISTANCE DEFICIENT1, WRKY54, and WALL ASSOCIATED KINASE1, is compromised in salicylic acid (SA) biosynthetic and signaling mutants under Gln treatments. Together, these results suggest that Gln may partly interact with the SA pathway to trigger plant immunity.
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