Little is known about the way developmental cues affect how cells interpret their environment. We characterized the transcriptional response to high salinity of different cell layers and developmental stages of the Arabidopsis root and found that transcriptional responses are highly constrained by developmental parameters. These transcriptional changes lead to the differential regulation of specific biological functions in subsets of cell layers, several of which correspond to observable physiological changes. We showed that known stress pathways primarily control semiubiquitous responses and used mutants that disrupt epidermal patterning to reveal cell-layer-specific and inter-cell-layer effects. By performing a similar analysis using iron deprivation, we identified common cell-type-specific stress responses and revealed the crucial role the environment plays in defining the transcriptional outcome of cell-fate decisions.

Most of the nine members of the Src family of tyrosine kinases are restricted in their expression, often to cells of the haematopoietic lineage, while some, particularly Src, Fyn and Yes, are more ubiquitously expressed. We have been studying the functions of Src, Fyn and Yes in fibroblasts. We have shown that stimulation of quiescent fibroblasts with platelet-derived growth factor (PDGF) causes Src, Fyn and Yes to become activated, and to associate transiently with the PDGF receptor. To address the role of Src, Fyn and Yes in the response to PDGF, we have used a dominant negative approach, in which cells were engineered to express catalytically inactive forms of Src kinases. These cells were unable to enter S phase in response to PDGF, and we therefore conclude that Src family tyrosine kinases are required in order for the PDGF receptor to transmit a mitogenic signal. It has previously been shown that the kinase activity of Src is negatively regulated by phosphorylation of tyr 527 in its carboxy-terminal tail. A kinase, Csk, that phosphorylates tyr 527 has recently been identified. We expressed Src in yeast to test the model that phosphorylation of tyr 527 represses activity by promoting intramolecular association between the tail and the SH2 domain. Inducible expression of Src in S. pombe caused cell death. Co-expression of Csk counteracted this effect. Src proteins mutated in the SH2 domain were as lethal as wild-type Src, but were insensitive to Csk. We interpret these results in favour of an SH2 domain: phosphorylated tail interaction repressing Src activity. (ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

The root epidermis of Arabidopsis provides an exceptional model for studying the molecular basis of cell fate and differentiation. To obtain a systems-level view of root epidermal cell differentiation, we used a genome-wide transcriptome approach to define and organize a large set of genes into a transcriptional regulatory network. Using cell fate mutants that produce only one of the two epidermal cell types, together with fluorescence-activated cell-sorting to preferentially analyze the root epidermis transcriptome, we identified 1,582 genes differentially expressed in the root-hair or non-hair cell types, including a set of 208 "core" root epidermal genes. The organization of the core genes into a network was accomplished by using 17 distinct root epidermis mutants and 2 hormone treatments to perturb the system and assess the effects on each gene's transcript accumulation. In addition, temporal gene expression information from a developmental time series dataset and predicted gene associations derived from a Bayesian modeling approach were used to aid the positioning of genes within the network. Further, a detailed functional analysis of likely bHLH regulatory genes within the network, including MYC1, bHLH54, bHLH66, and bHLH82, showed that three distinct subfamilies of bHLH proteins participate in root epidermis development in a stage-specific manner. The integration of genetic, genomic, and computational analyses provides a new view of the composition, architecture, and logic of the root epidermal transcriptional network, and it demonstrates the utility of a comprehensive systems approach for dissecting a complex regulatory network.

The roots of terrestriaf plants are involved in the acquisition of water and nutrients, anchorage of the plant, synthesis of plant hormones, and storage functions. The development of a root system involves strategies that are common to the development of all plant organs, as well as certain aspects that are unique to roots. Despite the importance of roots and some unusual developmental characteristics, the study of root morphogenesis has not received as much attention as the development of aerial plant organs. This has been particularly true for studies at the molecular and genetic levels. This review is designed to highlight some of the interesting aspects of root development and to describe recent molecular genetic approaches that are likely to advance our understanding of root development.

Crop loss due to soil salinization is an increasing threat to agriculture worldwide. This review provides an overview of cellular and physiological mechanisms in plant responses to salt. We place cellular responses in a time- and tissue-dependent context ...Read More

Prior to the availability of the genome sequence, the root of Arabidopsis had attracted a small but ardent group of researchers drawn to its accessibility and developmental simplicity. Roots are easily observed when grown on the surface of nutrient agar media, facilitating analysis of responses to stimuli such as gravity and touch. Developmental biologists were attracted to the simple radial organization of primary root tissues, which form a series of concentric cylinders around the central vascular tissue. Equally attractive was the mode of propagation, with stem cells at the tip giving rise to progeny that were confined to cell files. These properties of root development reduced the normal four-dimensional problem of development (three spatial dimensions and time) to a two-dimensional problem, with cell type on the radial axis and developmental time along the longitudinal axis. The availability of the complete Arabidopsis genome sequence has dramatically accelerated traditional genetic research on root biology, and has also enabled entirely new experimental strategies to be applied. Here we review examples of the ways in which availability of the Arabidopsis genome sequence has enhanced progress in understanding root biology.

Root development in Arabidopsis thaliana is amenable to molecular genetic analyses because of its simplicity and accessibility. Genetic screens have identified a rich collection of mutants that can be used to address a variety of fundamental questions in plant developmental biology. These mutants have defects in genes that govern organ formation, meristem activity, cell differentiation and response to environmental conditions.

ABSTRACT The root provides a useful system for the analysis of plant organ formation. Mutations that affect root development and physiology have been identified in Arabidopsis thaliana. Affected processes include embryonic root formation, cell expansion, cell differentiation and response to environmental stimuli. Analysis of these mutations is providing insight into fundamental questions of plant development.

The Arabidopsis plant, like most angiosperms, produces an extensive root system designed to function in the anchorage of the plant and absorption of water and mineral ions. The development of the plant root system is relatively easy to study, despite the fact that roots are generally subterranean organs. Several properties of roots make them amenable to developmental studies: (1) The root apical meristem is accessible and not enclosed by developing organs or primordia; (2) the root is free of pigments and therefore essentially transparent; (3) there are relatively few differentiated cell types in roots; (4) root morphogenesis in many plants occurs in a continuous and relatively uniform fashion without significant developmental transitions; and (5) cell files are easy to observe in longitudinal sections and their origin can be traced back to the apical meristem. Our understanding of root morphology and development in Arabidopsis has come largely from studies of the seedling root system. The small size of the Arabidopsis seedling and its ability to be grown aseptically under defined conditions facilitates morphological, physiological, and genetic analyses. The genetic studies of root development in Arabidopsis have been particularly illuminating and have led to the isolation of many root developmental mutants. In this chapter, we review our current understanding of root development in Arabidopsis by describing research on roots of Arabidopsis as well as roots of other plants, where appropriate. For readers interested in a detailed discussion of physiological or functional aspects of roots, reviews can be found in Torrey and Clarkson...