Auxin signaling and vascular cambium formation enables storage metabolism in cassava tuberous roots

Le radici di stoccaggio della manioca sono tra le più importanti colture di radici in tutto il mondo e rappresentano uno degli alimenti di base più consumati nell'Africa sub-sahariana. L'arbusto tropicale propagato vegetativamente può formare molte radici tuberose amidacee dal suo fusto. Queste radici di stoccaggio si formano attraverso l'attivazione di processi di crescita delle radici secondarie. Tuttavia, la regolazione genetica sottostante dello sviluppo della radice di stoccaggio è in gran parte sconosciuta. Qui riportiamo i cambiamenti strutturali e trascrizionali distinti che si verificano durante le prime fasi dello sviluppo della radice di archiviazione. Durante le prime fasi della crescita della radice secondaria è stato osservato un pronunciato aumento dei trascritti correlati all'auxina e dell'attivazione trascrizionale dei fattori di crescita secondari, nonché una diminuzione dei trascritti correlati alla gibberellina. Questo è stato accompagnato da una maggiore biosintesi della parete cellulare, aumentata in modo più notevole durante l'espansione iniziale dello xilema all'interno del sistema vascolare radicolare. Il metabolismo di immagazzinamento dell'amido è stato attivato solo dopo la formazione del cambio vascolare. La formazione di cellule del parenchima xilematico non lignificato e l'attivazione del metabolismo di immagazzinamento dell'amido hanno coinciso con una maggiore espressione dei geni KNOX / BEL KNAT1, PENNYWISE e POUND-FOOLISH, indicando la loro importanza per una corretta funzione del parenchima xilematico.

Cassava storage roots are among the most important root crops worldwide and represent one of the most consumed staple foods in Sub-Saharan Africa. The vegetatively propagated tropical shrub can form many starchy tuberous roots from its stem. These storage roots are formed through the activation of secondary root growth processes. However, the underlying genetic regulation of storage root development is largely unknown. Here we report on distinct structural and transcriptional changes occurring during the early phases of storage root development. A pronounced increase in auxin-related transcripts and the transcriptional activation of secondary growth factors, as well as a decrease in gibberellin-related transcripts was observed during the early stages of secondary root growth. This was accompanied by increased cell wall biosynthesis, increased most notably during the initial xylem expansion within the root vasculature. Starch storage metabolism was activated only after the formation of the vascular cambium. The formation of non-lignified xylem parenchyma cells and the activation of starch storage metabolism coincided with increased expression of the KNOX/BEL genes KNAT1, PENNYWISE and POUND-FOOLISH, indicating their importance for proper xylem parenchyma function.