Gain-of-Function Mutants of the Cytokinin Receptors AHK2 and AHK3 Regulate Plant Organ Size, Flowering Time and Plant Longevity

Abstract

The phytohormone cytokinin is a regulator of numerous processes in plants. In Arabidopsis (), the cytokinin signal is perceived by three membrane-located receptors named ARABIDOPSIS HISTIDINE KINASE2 (AHK2), AHK3, and AHK4/CRE1. How the signal is transmitted across the membrane is an entirely unknown process. The three receptors have been shown to operate mostly in a redundant fashion, and very few specific roles have been attributed to single receptors. Using a forward genetic approach, we isolated constitutively active gain-of-function variants of the and genes, named () and , respectively. It is hypothesized that the structural changes caused by these mutations in the sensory and adjacent transmembrane domains emulate the structural changes caused by cytokinin binding, resulting in domain motion propagating the signal across the membrane. Detailed analysis of lines carrying and alleles revealed how plants respond to locally enhanced cytokinin signaling. Early flowering time, a prolonged reproductive growth phase, and, thereby, increased seed yield suggest that cytokinin regulates various aspects of reproductive growth. In particular, it counteracts the global proliferative arrest, a correlative inhibition of maternal growth by seeds, an as yet unknown activity of the hormone.

Genome sequencing and population genomic analyses provide insights into the adaptive landscape of silver birch

“…The phytochromes are major mediators of red and far-red light responses that have vital roles in plant growth and reproduction 42 . The cytokinin and ethylene receptors control many key aspects of plant physiology and development, including acclimation to abiotic stress, shoot and root vascular development, flowering time, and longevity 43,44 .…”

The genome of cowpea (Vigna unguiculata [L.] Walp.)

“…This gene codes for a histidine kinase 2 that is expressed in several cowpea tissues, including root, seed, pod and leaf (https://legumeinfo.org). The Arabidopsis ortholog AHK2 ( AT5G35750.1 ) is a cytokinin receptor that has been shown to regulate, among other things, plant organ size (Riefler et al ., ; Bartrina et al ., ). Vigun08 g217000 is thus a candidate gene for further investigation.…”

La ruta FUL-AP2 y la longevidad de los meristemos en Arabidopsis thaliana. Bases moleculares y potencial biotecnológico

“…Estos mutantes (rock2 y rock3) presentan floración temprana; menor desarrollo radicular al elongar menos la raíz principal e inhibirse la formación de raíces laterales; mayor tamaño de los órganos (hojas, órganos florales, tallo, etc.) asociado a una mayor proliferación celular; retraso en la senescencia de las hojas; y una fase reproductiva de mayor duración, que permite la producción de más frutos, con lo cual el rendimiento en semillas de la planta se incrementa (Bartrina et al, 2017). Los autores de este trabajo sugieren que las CKs podrían impedir el GPA manteniendo la división celular en el SAM: en condiciones normales, se requeriría una caída en la actividad de las CKs para que se detenga la actividad meristemática durante el GPA; sin embargo, en los mutantes rock2 y rock3, donde está activada de forma constitutiva la señalización de CKs, el GPA se retrasa.…”

“…Los autores de este trabajo sugieren que las CKs podrían impedir el GPA manteniendo la división celular en el SAM: en condiciones normales, se requeriría una caída en la actividad de las CKs para que se detenga la actividad meristemática durante el GPA; sin embargo, en los mutantes rock2 y rock3, donde está activada de forma constitutiva la señalización de CKs, el GPA se retrasa. No obstante, muchos aspectos de esta hipótesis no están demostrados y siguen sin conocerse los mecanismos moleculares que estarían mediando esta respuesta (Bartrina et al, 2017).…”

“…Se sabe que las citoquininas actúan en el meristemo promoviendo la división celular y regulando la expresión de genes implicados en el mantenimiento de los mismos. En un estudio reciente, se ha mostrado que en mutantes en los que receptores de citoquininas se activan de forma constitutiva, la actividad meristemática se prolonga en el tiempo, obteniendo plantas más altas y con mayor número de flores (Bartrina et al, 2017). Por ello, es destacable que aparezcan en el conjunto de dianas potencialmente reprimidas por AP2 genes como los de la familia de proteínas F-Box KISS ME DEADLY (KMD) o ARABIDOPSIS RESPONSE REGULATOR (ARR) de tipo A, que actúan como reguladores negativos de la señalización de citoquininas (Kim et al, 2013;Leibfried et al, 2005).…”