Detecting exodermal Casparian bands in vivo and fluid-phase endocytosis in onion (Allium cepa L.) roots

摘要

Maturation of the exodermis involves development of a Casparian band, a structure that blocks the apoplastic movement of ions. The position at which this band is formed is not readily predictable, since it depends on species and growing conditions. Until now, Casparian band detection necessitated destructive methods which involved sectioning or clearing the roots. In the present study, a method for detecting exodermal Casparian bands in vivo is presented. Undisturbed onion roots were incubated for 2 h in 0.1% 8-hydroxy-1,3,6-pyrenetrisulphonate (PTS) and then thoroughly rinsed in running water. Under UV light, the tracer was evident in the cortex of the root regions with an immature exodermis but not in older regions of the root where the Casparian band had developed. PTS had entered the protoplasts of the cortical cells in the younger part of the root and had not been removed by rinsing. The first order kinetics of uptake, and insensitivity to external pH and probenecid indicated that PTS entered the cell by fluid-phase endocytosis. PTS-loaded vesicles that released their contents into the vacuole were seen using confocal laser scanning microscopy. When applied to undisturbed, whole root systems, PTS was not detected in aqueous extracts of the leaves. Thus, there is no major apoplastic bypass in healthy onion roots.Key words: exodermis, Casparian bands, apoplastic bypass, PTS, fluid-phase endocytosis.La maturation de l'exoderme implique le développement de la bande de Caspari, une structure qui bloque les mouvement apoplastiques des ions. La position à laquelle se forme cette bande n'est pas directement prévisible, puisqu'elle dépend de l'espèce et des conditions de croissance. Jusqu'à maintenant, la détection des bandes de Caspari nécessitait des méthodes destructives faisant appel à la découpe et l'éclaircissement des racines. Les auteurs présentent ici une méthode pour la détection in vivo des bandes de Caspari. On incube des racines d'oignon intactes pendant 2 h dans du 8-hydroxy-1,3,6-pyrénétrisulphonate (PTS) à 0,1 %, avant de les rincer dans l'eau courante. Sous éclairage UV, le traceur est évident dans le cortex des régions racinaires où se trouve l'exoderme immature, mais non dans les régions plus âgées de la racine où la bande de Caspari s'est développée. Le PTS est ainsi entré dans les protoplastes des cellules corticales des parties les plus jeunes des racines, mais n'a pas été éliminé par le rinçage. La cinétique de premier ordre de l'absorption et l'insensibilité au pH externe et au probénécide indiquent que le PTS entre dans la cellule par endocytose en phase liquide. Avec la microscopie confocale par balayage au laser, on peut apercevoir des vésicules chargées de PTS qui relâchent leurs contenus dans la vacuole. Lorsqu'on applique ce colorant à des systèmes racinaires entiers non-perturbés, on ne détecte pas le PTS dans les extraits aqueux de feuilles. Ainsi, il n'y a pas de contournement apoplastique chez les racines d'oignon en santé.Mots clés : exoderme, bandes de Caspari, contournement apoplastique, PTS, endocytose en phase liquide.[Traduit par la Rédaction]