Low phosphate activates STOP1-ALMT1 to rapidly inhibit root cell elongation

Coline Balzergue, Thibault Dartevelle, Christian Godon, Edith Laugier, Claudia Meisrimler, Jean-Marie Teulon, Audrey Creff, Marie Bissler, Corinne Brouchoud, Agnès Hagège, Jens Müller, Serge Chiarenza, Hélène Javot, Noëlle Becuwe-Linka, Pascale David, Benjamin Péret, Etienne Delannoy, Marie-Christine Thibaud, Jean Armengaud, Steffen Abel, Jean-Luc Pellequer, Laurent Nussaume and Thierry Desnos ()
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Coline Balzergue: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Thibault Dartevelle: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Christian Godon: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Edith Laugier: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Claudia Meisrimler: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Jean-Marie Teulon: CNRS, IBS
Audrey Creff: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Marie Bissler: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Corinne Brouchoud: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Agnès Hagège: Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Service de Biologie et de Toxicologie Nucléaire, Laboratoire d'Etude des Protéines Cibles, 30200 Bagnols sur Cèze
Jens Müller: Leibniz Institute of Plant Biochemistry
Serge Chiarenza: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Hélène Javot: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Noëlle Becuwe-Linka: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Pascale David: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Benjamin Péret: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Etienne Delannoy: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Marie-Christine Thibaud: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Jean Armengaud: CEA, DRF, JOLIOT/DMTS/SPI/Li2D, Laboratory ‘Innovative Technologies for Detection and Diagnostics’, Bagnols-sur-Cèze
Steffen Abel: Leibniz Institute of Plant Biochemistry
Jean-Luc Pellequer: CNRS, IBS
Laurent Nussaume: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance
Thierry Desnos: Laboratoire de Biologie du Développement des Plantes, Institut de Biosciences et Biotechnology Aix-Marseille, Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives, Saint-Paul-Lez-Durance

Nature Communications, 2017, vol. 8, issue 1, 1-16

Abstract: Abstract Environmental cues profoundly modulate cell proliferation and cell elongation to inform and direct plant growth and development. External phosphate (Pi) limitation inhibits primary root growth in many plant species. However, the underlying Pi sensory mechanisms are unknown. Here we genetically uncouple two Pi sensing pathways in the root apex of Arabidopsis thaliana. First, the rapid inhibition of cell elongation in the transition zone is controlled by transcription factor STOP1, by its direct target, ALMT1, encoding a malate channel, and by ferroxidase LPR1, which together mediate Fe and peroxidase-dependent cell wall stiffening. Second, during the subsequent slow inhibition of cell proliferation in the apical meristem, which is mediated by LPR1-dependent, but largely STOP1–ALMT1-independent, Fe and callose accumulate in the stem cell niche, leading to meristem reduction. Our work uncovers STOP1 and ALMT1 as a signalling pathway of low Pi availability and exuded malate as an unexpected apoplastic inhibitor of root cell wall expansion.

Date: 2017
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