The cysteine-rich receptor-like kinase CRK2 during stress responses in Arabidopsis thaliana

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5627-3
Title: The cysteine-rich receptor-like kinase CRK2 during stress responses in Arabidopsis thaliana
Author: Hunter, Kerri
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Doctoral Program in Plant Sciences
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019-12-13
Belongs to series: Dissertationes Schola Doctoralis Scientiae Circumiectalis, Alimentariae, Biologicae - URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5627-3
http://hdl.handle.net/10138/306748
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: In order to maintain health, growth, and productivity, plants must be able to adapt to increasingly variable environmental conditions. Plants are continuously flooded with information from their surrounding environment, which must be sensed, incorporated, and responded to accordingly. Much of the communication between plant cells and the extracellular environment is carried out by the receptor-like protein kinases (RLKs), including the cysteine-rich receptor-like kinase (CRK) subfamily. Despite the large size of the CRK gene family, their physiological roles and functions on a biochemical and cellular level remain largely uncharacterized. We performed large scale phenotyping of a crk T-DNA mutant collection in Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), which suggested roles for the CRKs in several developmental processes, as well as during abiotic and biotic stress responses. CRK2 emerged as an important CRK, with several strong loss-of-function phenotypes and a notable phylogenetic position. We established that CRK2 enhances salt tolerance through the regulation of callose synthase 1 (CALS1) dependent callose deposition at plasmodesmata. This revealed a previously uncharacterized role for callose deposition in response to high salinity. We showed that this callose deposition has an effect on plasmodesmal permeability, and therefore a potential impact on intercellular signalling. Additionally, CRK2 was found to regulate the formation of an unknown vesicle type during salt stress, which could possibly be involved in cell-to-cell signalling as well. We have described how CRK2 regulates ROS production during immunity by regulation of RBOHD via C-terminal phosphorylation. We observed highly specific changes in the subcellular localization of CRK2 in response to various stress treatments, and demonstrated that these localization patterns are critical for protein function and interactions. The subcellular localization and many of the cellular functions of CRK2 were dependent on phospholipase D alpha 1 (PLDɑ1) activity, and PLDɑ1 was consistently identified as one of the top proteins to interact with CRK2. Thus, we propose that CRK2 is a fundamental CRK, which acts in connection with PLDɑ1 to regulate several cellular processes during the response to environmental stimuli.Voidakseen pitää yllä terveyttä, kasvua ja tuottavuutta, kasvien täytyy kyetä sopeutumaan lisääntyvästi muuttuviin ympäristöolosuhteisiin. Kasvit altistuvat jatkuvasti niiden ympäristöstä tulevalle informaatiolle, joka täytyy aistia ja välittää soluihin sopivan vasteen aikaansaamiseksi. Suuri määrä kommunikaatiosta kasvisolujen ja solun ulkoisen ympäristön välillä on reseptorinkaltaisten proteiinikinaasien (RLK:en) suorittamaa. Kysteiinirikkaat reseptorinkaltaiset kinaasit (CRK:t) muodostavat yhden RLK:en alaryhmän. Huolimatta CRK-geeniperheen suuresta koosta, niiden fysiologiset roolit ja toiminnot sekä biokemiallisella- että solutasolla ovat suurelta osin karakterisoimatta. Suoritimme laajamittaisen fenotyypityksen crk T-DNA -lituruohomutanttikokoelmalla ja tämä antoi viitteitä siitä, että CRK:illa on rooleja lukuisissa kehittymisprosesseissa sekä abioottisissa että bioottisissa stressivasteissa. Kysteiinirikas reseptorinkaltainen kinaasi 2 (CRK2) osoittautui tärkeäksi CRK:ksi; sillä on useita vahvoja puuttuvan toiminnan fenotyyppejä ja huomattava fylogeneettinen sijainti. Osoitimme, että CRK2 parantaa suolatoleranssia sääntelemällä kalloosisyntaasi 1:stä (CALS1:stä) riippuvaista kalloosikertymää plasmodesmilla. Tämä paljasti aiemmin karakterisoimattoman roolin kalloosikertymälle vasteessa korkeaan suolapitoisuuteen. Osoitimme, että tämä kalloosikertymä vaikuttaa plasmodesmin läpäisevyyteen ja siten mahdollisesti myös solujen väliseen viestintään. Lisäksi, suolastressin aikana CRK2:n huomattiin sääntelevän tuntemattoman vesikkelityypin muodostumista, tällä voi mahdollisesti olla osuus myös solusta soluun tapahtuvaan viestintään. Olemme kuvailleet, kuinka CRK2 sääntelee reaktiivisten happilajien tuottoa immuniteetin aikana sääntelemällä RBOHD:tä C-terminaalisen fosforylaation kautta. Vasteena erilaisiin stressikäsittelyihin havaitsimme erittäin spesifisiä muutoksia CRK2:n lokalisaatiossa soluissa ja osoitimme näiden lokalisaatiokuvioiden olevan kriittisiä proteiinin toiminnalle ja vuorovaikutuksille. CRK2:n lokalisaatio soluissa sekä sen monet solutoiminnot olivat riippuvaisia fosfolipaasi D alpha 1:n (PLDɑ1:n) aktiivisuudesta ja PLDɑ1 tunnistettiin johdonmukaisesti yhdeksi yleisimmäksi CRK2:n kanssa vuorovaikutuksessa olevaksi proteiiniksi. Täten esitämme CRK2:n olevan keskeinen CRK, joka toimii yhteydessä PLDɑ1:n kanssa säännelläkseen useita solun prosesseja vasteessa ympäristön ärsykkeisiin.
Subject: Plant Science
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record