Patró espacio-temporal de la ligno-suberificació de l’arrel d’Arabidopsis: la funció de les CASPARIAN STRIP MEMBRANE DOMAIN PROTEINS-LIKE en l’endodermis i el fel·lema

Abstract

ENG- Terrestrial plants develop cellular barriers in stems and roots to protect themselves from adverse environmental conditions. These barriers accumulate lignin and suberin in their walls. Lignin is a polyphenolic polymer and suberin is an aliphatic polyester, and together, they provide rigidity, impermeability, and resistance to the cell walls.

The endodermis and phellem are examples of ligno-suberized protective barriers, which we have studied in the roots of Arabidopsis, a model plant in plant research. The endodermis is found inside young roots and forms a barrier that controls the absorption of water and solutes, prevents them from returning to the soil during transport to the aerial part, and blocks the entry of toxic elements such as salt. In the more mature regions of the roots, where the endodermis is no longer present, the phellem covers the root to protect it from desiccation and pathogens.

Using the endodermis and phellem of Arabidopsis roots as a model, we have discovered that the accumulation of lignin and suberin follows a temporal pattern and that these polymers are deposited in different layers of the cell wall. Additionally, we have identified the differences between the two tissues in the chemical composition of suberin. Next, we studied the function of a group of proteins called CASPARIAN STRIP MEMBRANE DOMAIN PROTEINS-LIKE (CASPLs). Through genetic engineering, we found that these proteins are activated in the endodermis and phellem when suberin accumulation begins. Using mutant plants without active CASPLs genes, we analysed how suberin and lignin are deposited. We demonstrated that the absence of CASPLs proteins alters the composition of the cell walls of the endodermis and phellem, making the plants more sensitive to growth in saline conditions.

These results provide new insights into the ligno-suberization process, essential for the future development of plant varieties more tolerant to adverse environmental conditions

CAT- Les plantes terrestres desenvolupen barreres cel·lulars en tiges i arrels per a protegir-se de les condicions ambientals adverses. Aquestes barreres acumulen lignina i suberina a les seves parets. La lignina és un polímer polifenòlic i la suberina un polièster alifàtic, i, en conjunt, aporten rigidesa, impermeabilitat i resistència a les parets cel·lulars.

L’endodermis i el fel·lema són exemples de barreres protectores ligno-suberificades, les quals hem estudiat en les arrels d’Arabidopsis, una planta model en recerca vegetal. L’endodermis es troba a l’interior de les arrels joves i forma una barrera que controla l’absorció d’aigua i soluts, impedeix que retornin al sòl en el transport cap a la part aèria, i bloqueja l’entrada d’elements tòxics com la sal. A les zones més madures de les arrels, on ja no hi ha endodermis, el fel·lema cobreix l’arrel per a protegir-la de la dessecació i dels patògens.

En utilitzar l’endodermis i el fel·lema de les arrels d’Arabidopsis com a model, hem descobert que l’acumulació de lignina i suberina segueix un patró temporal i que aquests polímers es dipositen en capes diferents de la paret cel·lular. A més, hem identificat les diferències que presenten ambdós teixits en la composició química de suberina. Seguidament, hem estudiat la funció d’un grup de proteïnes anomenades CASPARIAN STRIP MEMBRANE DOMAIN PROTEINS-LIKE (CASPLs). Amb enginyeria genètica, hem vist que aquestes proteïnes s’activen a l’endodermis i al fel·lema quan comença l’acumulació de suberina. Utilitzant plantes mutants sense els gens CASPLs actius, hem analitzat com es dipositen la suberina i la lignina. Hem demostrat que la manca de proteïnes CASPLs altera la composició de les parets cel·lulars de l’endodermis i el fel·lema, fent les plantes més sensibles al creixement en condicions salines.

Aquests resultats aporten nous coneixements sobre el procés de ligno-suberificació, essencials per al desenvolupament futur de varietats de plantes més tolerants a les condicions ambientals adverses