植物所徐娟課題組Molecular Plant揭示植物根尖分生組織發(fā)育調(diào)控新機(jī)制
?根是高等植物的營(yíng)養(yǎng)器官，對(duì)植物的生存至關(guān)重要。根系可以固著植物，并為其輸送礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和水分，根深才能葉茂。正常發(fā)育的根系也利于其對(duì)周圍多變的生物或非生物環(huán)境做出特異的響應(yīng)。根的正常發(fā)育依賴于細(xì)胞分裂與分化的平衡，其中根尖分生組織的發(fā)育是其中舉足輕重的一環(huán)。
近日，Molecular Plant (IF=12.084)在線發(fā)表了浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院徐娟課題組與美國(guó)密蘇里大學(xué)生化系張舒群教授合作題為“The YDA-MKK4/MKK5-MPK3/MPK6 cascade functions downstream of the RGF1-RGI ligand-receptor pair in regulating mitotic activity in the root apical meristem”的研究論文(https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.09.004)。報(bào)道了根中重要的磺基化修飾小肽RGF1與其受體RGIs通過YDA-MKK4/MKK5-MPK3/MPK6級(jí)聯(lián)通路調(diào)控?cái)M南芥根尖分生組織的發(fā)育。
植物MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)在植物生長(zhǎng)發(fā)育以及抗逆調(diào)控中均十分重要。MPK3/MPK6是擬南芥MAPK核心成員，調(diào)控了多個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過程，包括合子的第一次不對(duì)稱分裂、胚珠的珠被發(fā)育、氣孔分化、花器官脫落、花序形態(tài)建成、側(cè)根突破等等。研究者注意到MPK3/MPK6信號(hào)通路功能缺失也會(huì)導(dǎo)致植物主根生長(zhǎng)顯著變短，與已知的RGF1-RGI1信號(hào)通路缺失表型類似。顯微觀察及下游分子機(jī)制分析表明MPK3/MPK6通過調(diào)控兩個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子PLT1/PLT2影響根尖分生組織發(fā)育從而影響了主根伸長(zhǎng)。然后研究者通過一系列生化及遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，證明YDA(MAPKKK)-MKK4/MKK5-MPK3/MPK6這樣一條完整的MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)通路位于RGF1-RGI1配體-受體復(fù)合體下游通過在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控PLT1/PLT2的表達(dá)調(diào)控根尖分生區(qū)的細(xì)胞分裂活性，從而影響了主根伸長(zhǎng)。
生科院博士生邵伊明為論文第一作者，美國(guó)密蘇里大學(xué)生化系張舒群教授以及浙江大學(xué)生科院植物所徐娟教授為共同通訊作者，植物所的毛傳澡教授也參與了該研究。相關(guān)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金以及中國(guó)植物生理與植物分子生物學(xué)會(huì)以及111引智計(jì)劃的大力支持。
值得一提的是，該論文是以背靠背形式與蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黎家教授課題組題為“RGF1-RGI1, a peptide-receptor complex, regulates Arabidopsis root meristem development via a MAPK signaling cascade”的論文(https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.09.005)同時(shí)在線發(fā)表。黎家教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于植物類受體激酶介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的研究，揭示了類受體激酶在油菜素內(nèi)酯信號(hào)以及多個(gè)根發(fā)育過程的重要功能。其課題組以RGI1超表達(dá)植物為材料利用蛋白組學(xué)方法發(fā)現(xiàn)，RGF1多肽處理后，在RGI免疫沉淀復(fù)合物中發(fā)現(xiàn)有MAPK級(jí)聯(lián)通路成員MKK4和MPK3。因此，該課題組以RGF1-RGI1信號(hào)是否通過MAPK級(jí)聯(lián)反應(yīng)途徑調(diào)控根分生組織的發(fā)育入手展開研究。兩篇研究論文從不同角度出發(fā)，最終得出一致共同的結(jié)論，互相驗(yàn)證，相得益彰。根尖分生組織發(fā)育涉及到非常精細(xì)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，兩篇論文的研究成果進(jìn)一步加深了人們對(duì)植物根尖分生組織發(fā)育調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)，是植物根系發(fā)育調(diào)控研究領(lǐng)域的重要研究進(jìn)展。
A. pRGI2::MKK4DD/MKK5DD能夠顯著恢復(fù)rgi1,2,3,4,5五重缺失突變體的根發(fā)育缺陷表型?(Shao et al., 2020); B. RGF1信號(hào)調(diào)控根尖分生組織發(fā)育的分子模型?(Lu et al., 2020)
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