The MicroRNA390/TAS3 Pathway Mediates Symbiotic Nodulation and Lateral Root Growth

Abstract

Legume roots form two types of postembryonic organs, lateral roots and symbiotic nodules. Nodule formation is the result of the interaction of legumes with rhizobia and requires the mitotic activation and differentiation of root cells as well as an independent, but coordinated, program that allows infection by rhizobia. MicroRNA390 (miR390) is an evolutionarily conserved microRNA that targets the Trans-Acting Short Interference RNA3 (TAS3) transcript. Cleavage of TAS3 by ARGONAUTE7 results in the production of trans-acting small interference RNAs, which target mRNAs encoding AUXIN RESPONSE FACTOR2 (ARF2), ARF3, and ARF4. Here, we show that activation of the miR390/TAS3 regulatory module by overexpression of miR390 in Medicago truncatula promotes lateral root growth but prevents nodule organogenesis, rhizobial infection, and the induction of two key nodulation genes, Nodulation Signaling Pathway1 (NSP1) and NSP2. Accordingly, inactivation of the miR390/TAS3 module, either by expression of a miR390 target mimicry construct or mutations in ARGONAUTE7, enhances nodulation and rhizobial infection, alters the spatial distribution of the nodules, and increases the percentage of nodules with multiple meristems. Our results revealed a key role of the miR390/TAS3 pathway in legumes as a modulator of lateral root organs, playing opposite roles in lateral root and nodule development.

Quantitative 3D imaging of cell level auxin and cytokinin response ratios in soybean roots and nodules

“…However, deregulated auxin activity appears to inhibit post‐initiation development of nodules. For example, exogenous auxin or enhanced sensitivity to auxin inhibited nodule formation in Medicago truncatula (Breakspear et al, ; Hobecker et al, ; van Noorden, Ross, Reid, Barry, & Ulrike, ) and conversely resistance to auxin resulted in enhanced nodule development in this species (Kuppusamy et al, ). In soybean, enhanced sensitivity to auxin resulted in reduced nodule formation (Wang et al, ) and was associated with reduced sensitivity to CK (Turner et al, ).…”

Identificación y caracterización de pequeños ARNs regulatorios en la interacción simbiótica entre <i>Phaseolus vulgaris</i> y <i>Rhizobium etli</i>

“…A su vez, la activación de la vía miR390/TAS3, mediante la sobreexpresión ectópica del miR390, regula positivamente el crecimiento de las raíces laterales y negativamente la nodulación (menos cantidad de nódulos formados y nódulos más pequeños) y la infección bacteriana (menos hilos de infección). A su vez, las raíces que sobreexpresan el miR390 presentan una disminución significativa en los niveles de expresión de los transcriptos ARF2/3/4 (Hobecker et al, 2017).…”

“…Los tasiARFs actúan como reguladores post-transcripcionales negativos de los ARNms ARF2, ARF3 y ARF4, uniéndose en uno o dos sitios complementarios (Montgomery et al, 2008). Los ARFs (por Auxine Response Factors) están involucrados en la señalización y respuestas a las auxinas, regulando positivamente el crecimiento lateral de las raíces y ejerciendo una regulación negativa sobre la infección rizobiana y la organogénesis del nódulo en M. truncatula (Hobecker et al, 2017).…”

“…Los valores de expresión del premiR390b obtenidos a partir de la data de RNA-seq mostraron una correlación directa con la acumulación del miR390b maduro que resultó ser significativa para la condición SC15 respecto al control, indicando que tanto el precursor como el miARN maduro son modulados por el rizobio en estadios tempranos de la interacción simbiótica. Por otro lado, el transcripto TAS3 no mostró diferencias importantes en respuesta a ninguna de las dos cepas rizobianas (Figura 50), de manera consistente con lo que se había observado previamente en la leguminosa modelo M. truncatula (Hobecker et al, 2017). Figura 50: Niveles de expresión del precursor y del blanco del miR390b a 24 hpi.…”

“…El análisis de las secuencias de estas lecturas confirmó que aquellas corresponden a pequeños ARNs de 21 nts en fase a partir del sitio de clivaje del miR390b (Figura 51A y B), es decir los tasiARFs. En la Figura 51C se graficaron los dos tasiARFs con valores de abundancias mayores en nuestros datos de secuenciación, TAS3+7 y TAS3+8, los cuales corresponden a los tasiARNs más estables reportados previamente en otras especies vegetales (Jagadeeswaran et al, 2009;Hobecker et al, 2017). Figura 51: Visualización de las lecturas de RNA-seq y sRNA-seq alineadas al locus TAS3.…”