Abstract The root hair (RH) cells can elongate to several hundred times their initial size, and are an ideal model system for investigating cell size control. Their development is influenced by both endogenous and external signals, which are combined to form a integrative response. Surprisingly, a low temperature condition of 10°C causes an increased RH growth in Arabidopsis and in several monocots, even when the development of the rest of the root and aerial parts of the plant are halted. Previously, we demonstrated a strong correlation between the growth response and a significant decrease in nutrient availability in the medium under low temperature conditions. However, the molecular basis responsible for receiving and transmitting signals related to the availability of nutrients in the soil, and their relation to plant development, remain largely unknown. We decided to further investigate the intricate molecular processes behind the particular responsiveness of this root cell type at low temperature. In this study, we have discovered a gene regulatory network (GRN) controlling early transcriptome responses to low temperature. This GNR is commanded by specific transcription factors (FTs), namely ROOT HAIR DEFECTIVE 6-LIKE 4 (RSL4), a member of the homeodomain leucine zipper (HD-Zip I) group I 13 (AtHB13), the trihelix TF GT2-LIKE1 (GTL1), and a previously unidentified MYB-like TF (AT2G01060). Furthermore, we have identified four downstream RSL4 targets AtHB16 , AtHB23 , EARLY-RESPONSIVE TO DEHYDRATION 7 (ERD7) and ERD10 suggesting their participation in the regulation of RH development under these conditions. Functional analysis shows that such components of the RSL4-dependent transcriptional cascade influence the subsequent RH growth response to low temperature. These discoveries enhance our comprehension of how plants synchronize the RH growth in response to variations in temperature and nutrient availability at the cellular level.

An specific group of 2-oxoglutarate (2OG) dioxygenases named as Prolyl 4-Hydroxylases (P4H) produce trans-4-hydroxyproline (Hyp/O) from peptidyl-proline, catalyzing proline hydroxylation of cell wall glycoproteins EXT, AGPs, and HRGPs in plant cells, a crucial modification for O-glycosylation. Out of the Arabidopsis thaliana 13 P4Hs, P4H5 regulate root hair cell elongation and T-DNA insertional p4h5 mutant has arrested cell elongation and shortened root hairs. P4H5 selectively hydroxylates EXT proline units indicating that EXT proline hydroxylation as an essential modification for root hair growth. In this work, we isolate an activation-tagging line called Sup4h5-L19/p4h5 (p4h5-L19) that partially suppressed root hair phenotype in the p4h5 mutant background. The T-DNA insertion site was mapped by Thermal Asymmetric Interlaced PCR (TAIL-PCR) followed by PCR product sequencing and the T-DNA is inserted at the beginning of the sixth exon of the AT3G17750 gene, an uncharacterized cytosolic kinase. By analyzing expression changes and mutants analysis in this loci, no clear direct effect was detected. By RNA-seq analysis, it become clear that p4h5-L19 may largely reverse the genetic alterations caused by the p4h5 mutant in Wt Col-0, particularly at 10C where there is an increase in root hair growth, with a total of 14 genes that have been activated and 83 genes that have been suppressed due to the enhancer of the activation tagging L19 in p4h5 L19 compared to p4h5. Among these genes, 3 of them, Tonoplast Intrinsic Proteins (TIPs), were identified to be root hair specific (TIP1;1, TIP2;2, and TIP2;3) and the corresponding mutants for two of them (TIP1;1 and TIP2;3) showed reduced root hair growth response at low temperature. This study unmasked new components of the root hair growth response at low temperature that works independently of the O-glycosyated EXTs in the cell walls.