The white lupin CCR1 receptor-like kinase controls systemic Autoregulation of Cluster Root and Nodule Development

L Laurence Marquès (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) F Fanchon Divol (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) A Alexandra Boultif (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) F Fanny Garcia (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) A Alexandre Soriano (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) C Cléa Maurines-Carboneill (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) V Virginia Fernandez (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) I Inge Verstraeten (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) H Hélène Pidon E Esther Izquierdo (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) B Bárbara Hufnagel (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro) B Benjamin Péret (Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro)

Abstract

Root development is tightly regulated in plants to optimize nutrient acquisition and interactions with soil microorganisms. In legumes, the Autoregulation of Nodulation (AoN) pathway systemically controls the proliferation of root nodules, which are energy-intensive organs. Mutations affecting the AoN pathway result in a hypernodulation phenotype accompanied by altered root development. However, it remains unclear whether this modification of root development is also systemic and coordinated with nodulation. In this study, we report the identification of the constitutive cluster root 1 (ccr1) mutant in white lupin ( Lupinus albus ), which exhibits constitutive production of an excessive number of cluster roots. We demonstrate that CCR1 is an ortholog of HAR1/SUNN/NARK leucin-rich repeat-receptor like kinases (LRR-RLKs), which are key regulators of the AoN pathway. Furthermore, we show that CCR1 negatively regulates both nodule and cluster root development. Interspecific grafting experiments between white and narrow-leaved lupin ( Lupinus angustifolius ), a species incapable of producing cluster roots, show that ccr1 shoots can induce the formation of cluster-like roots in narrow-leaved lupin rootstocks. This highlights the conservation of a CCR1-dependent signaling cascade. Transcriptome analyses reveal that CCR1 targets the conserved NIN/LBD16-NFYA regulatory module, which connects nodule and lateral root development through a shared inhibitory systemic pathway. We propose that this pathway represents a broader developmental control mechanism of root organogenesis, termed Autoregulation of Cluster Root and Nodule Development (AoDev).

Article Details

Volume / Issue Vol. 122, Issue 21
Published May 27, 2025
ISSN 0027-8424
Publisher National Academy of Sciences

Authors (12)

L

Laurence Marquès

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

F

Fanchon Divol

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

A

Alexandra Boultif

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

F

Fanny Garcia

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

A

Alexandre Soriano

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

C

Cléa Maurines-Carboneill

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

V

Virginia Fernandez

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

I

Inge Verstraeten

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

H

Hélène Pidon

E

Esther Izquierdo

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

B

Bárbara Hufnagel

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro

B

Benjamin Péret

Institute for Plant Sciences of Montpellier, Univ Montpellier, Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Recherche pour l'Agriculture, l'Alimentation et l'Environnement, Institut Agro