In plants, auxin transport and development are tightly coupled, just as hormone and growth responses are intimately linked in multicellular systems. Here we provide insights into uncoupling this tight control by specifically targeting the expression of TINY ROOT HAIR 1 (TRH1), a member of plant high-affinity potassium (K+)/K+ uptake/K+ transporter (HAK/KUP/KT) transporters that facilitate K+ uptake by co-transporting protons, in Arabidopsis root cell files. Use of this system pinpointed specific root developmental responses to acropetal versus basipetal auxin transport. Loss of TRH1 function shows TRHs and defective root gravitropism, associated with auxin imbalance in the root apex. Cell file-specific expression of TRH1 in the central cylinder rescued trh1 root agravitropism, whereas positional TRH1 expression in peripheral cell layers, including epidermis and cortex, restored trh1 defects. Applying a system-level approach, the role of RAP2.11 and ROOT HAIR DEFECTIVE-LIKE 5 transcription factors (TFs) in root hair development was verified. Furthermore, ERF53 and WRKY51 TFs were overrepresented upon restoration of root gravitropism supporting involvement in gravitropic control. Auxin has a central role in shaping root system architecture by regulating multiple developmental processes. We reveal that TRH1 jointly modulates intracellular ionic gradients and cell-to-cell polar auxin transport to drive root epidermal cell differentiation and gravitropic response. Our results indicate the developmental importance of HAK/KUP/KT proton-coupled K+ transporters.

中文翻译：

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钾转运蛋白 TRH1/KUP4 有助于不同的生长素介导的根系结构反应

在植物中，生长素的运输和发育是紧密耦合的，就像激素和生长反应在多细胞系统中密切相关一样。在这里，我们通过专门针对植物高亲和力钾 (K+)/K+ 摄取/K+ 转运蛋白 (HAK/KUP/KT) 转运蛋白的成员 TINY ROOT HAIR 1 (TRH1) 的表达来提供解偶联这种紧密控制的见解。拟南芥根细胞文件中通过共转运质子吸收 K+。该系统的使用确定了对顶叶与基部生长素转运的特定根发育反应。TRH1 功能丧失显示 TRHs 和有缺陷的根向地性，与根尖的生长素失衡有关。中央圆柱体中 TRH1 的细胞文件特异性表达挽救了 trh1 根向重力性，而外周细胞层中的位置性 TRH1 表达，包括表皮和皮质，恢复了 trh1 缺陷。应用系统级方法，验证了 RAP2.11 和 ROOT HAIR DEFECTIVE-LIKE 5 转录因子 (TF) 在根毛发育中的作用。此外，ERF53 和 WRKY51 TF 在恢复根向地性支持参与向地控制时被过度代表。生长素通过调节多个发育过程在塑造根系统结构方面发挥着核心作用。我们揭示了 TRH1 共同调节细胞内离子梯度和细胞间极性生长素转运，以驱动根表皮细胞分化和重力反应。我们的结果表明 HAK/KUP/KT 质子耦合 K+ 转运蛋白的发展重要性。11 和 ROOT HAIR DEFECTIVE-LIKE 5 转录因子 (TFs) 在根毛发育中的作用得到了验证。此外，ERF53 和 WRKY51 TF 在恢复根向地性支持参与向地控制时被过度代表。生长素通过调节多个发育过程在塑造根系统结构方面发挥着核心作用。我们揭示了 TRH1 共同调节细胞内离子梯度和细胞间极性生长素转运，以驱动根表皮细胞分化和重力反应。我们的结果表明 HAK/KUP/KT 质子耦合 K+ 转运蛋白的发展重要性。11 和 ROOT HAIR DEFECTIVE-LIKE 5 转录因子 (TFs) 在根毛发育中的作用得到了验证。此外，ERF53 和 WRKY51 TF 在恢复根向地性支持参与向地控制时被过度代表。生长素通过调节多个发育过程在塑造根系统结构方面发挥着核心作用。我们揭示了 TRH1 共同调节细胞内离子梯度和细胞间极性生长素转运，以驱动根表皮细胞分化和重力反应。我们的结果表明 HAK/KUP/KT 质子耦合 K+ 转运蛋白的发展重要性。生长素通过调节多个发育过程在塑造根系统结构方面发挥着核心作用。我们揭示了 TRH1 共同调节细胞内离子梯度和细胞间极性生长素转运，以驱动根表皮细胞分化和重力反应。我们的结果表明 HAK/KUP/KT 质子耦合 K+ 转运蛋白的发展重要性。生长素通过调节多个发育过程在塑造根系统结构方面发挥着核心作用。我们揭示了 TRH1 共同调节细胞内离子梯度和细胞间极性生长素转运，以驱动根表皮细胞分化和重力反应。我们的结果表明 HAK/KUP/KT 质子耦合 K+ 转运蛋白的发展重要性。