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[優(yōu)秀文章推薦]PNAS揭示乙烯調(diào)控根毛生長發(fā)育的新機(jī)制 已有1人參與
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根毛是植物吸收水分、礦質(zhì)元素以及與土壤微生物進(jìn)行相互作用的重要器官。乙烯是一種重要的植物激素，對根毛生長發(fā)育具有調(diào)控作用，但其作用機(jī)制尚未完全了解。南方科技大學(xué)揭示了乙烯調(diào)控?cái)M南芥根毛生長發(fā)育的分子機(jī)制，研究結(jié)果為通過分子育種提高植物營養(yǎng)吸收能力等優(yōu)良性狀提供了理論依據(jù)。 根毛是植物根表皮的管狀突起，是植物吸收水分、礦質(zhì)元素以及與土壤微生物進(jìn)行相互作用的重要器官。根毛的生長發(fā)育具有高度的可塑性，其生長密度與相對長度都可應(yīng)對土壤環(huán)境的不同作出適應(yīng)性的調(diào)節(jié)，是研究植物環(huán)境響應(yīng)的良好模型。乙烯是植物重要的環(huán)境脅迫信號分子，對根毛生長發(fā)育的調(diào)控作用很早就被發(fā)現(xiàn)，但對于其中的作用機(jī)制卻一直不清楚。 植物乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先地位，多年來為乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子機(jī)制的闡明做出了重要的貢獻(xiàn)，其中包括發(fā)現(xiàn)乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白降解模型（Cell, 2003； Plant Cell, 2010）、乙烯信號從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到細(xì)胞核傳遞的“剪切-入核”機(jī)制（Cell Research, 2012）及3’UTR非編碼RNA介導(dǎo)的翻譯調(diào)控模型（PNAS, 2006；Cell, 2015）等一系列突破性成果。此外，多年來團(tuán)隊(duì)也一直關(guān)注乙烯信號調(diào)控植物根生長（Plant Cell, 2011）、頂端彎構(gòu)形成（Cell Research 2012; Plant Cell, 2014）及衰老（Plant Cell, 2013; 2017）等生長發(fā)育過程的分子遺傳機(jī)制。郭紅衛(wèi)團(tuán)隊(duì)PNAS發(fā)表的這一最新成果主要揭示了植物激素乙烯調(diào)控?cái)M南芥根毛生長發(fā)育的分子機(jī)制，該研究加深了對乙烯生理功能機(jī)制的理解，為通過分子育種提高植物營養(yǎng)吸收能力等優(yōu)良性狀提供了理論依據(jù)。 研究團(tuán)隊(duì)首先通過分子遺傳分析發(fā)現(xiàn)，乙烯信號通過核心轉(zhuǎn)錄因子EIN3/EIL1直接調(diào)控根毛生長的主效調(diào)控因子RSL4基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而促進(jìn)擬南芥根毛的伸長（elongation）生長。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，乙烯對根毛伸長的促進(jìn)作用很大程度上依賴于根毛發(fā)生重要調(diào)控因子RHD6/RSL1的功能。通過體內(nèi)外相互作用和亞細(xì)胞共定位等分析，團(tuán)隊(duì)揭示了EIN3/EIL1與RHD6/RSL1協(xié)同調(diào)控RSL4基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)從而促進(jìn)根毛伸長的分子機(jī)制。由于RHD6/RSL1是非典型的轉(zhuǎn)錄因子，其DNA結(jié)合能力一直沒有得到證實(shí)，EIN3/EIL1與RHD6/RSL1的協(xié)同互作機(jī)制闡明了RHD6/RSL1發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能的可能機(jī)制。 為了進(jìn)一步探索EIN3/EIL1與RHD6/RSL1的協(xié)同互作在根毛發(fā)育過程中的重要作用，團(tuán)隊(duì)在已有分子遺傳證據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析。研究發(fā)現(xiàn)EIN3/EIL1與RHD6/RSL1協(xié)同調(diào)控大量根毛生長發(fā)育相關(guān)基因，這些下游基因不僅參與根毛的伸長生長，還涉及根毛的起始發(fā)育。進(jìn)一步的表型分析也很好的應(yīng)證了轉(zhuǎn)錄組的結(jié)果：ein3 eil1 rhd6 rsl1多重突變體對外施乙烯、生長素、細(xì)胞分裂素及缺磷、缺氮等環(huán)境刺激不敏感。相對于野生型或rhd6 rsl1雙突變體，ein3 eil1 rhd6 rsl1的根毛發(fā)育不能被誘導(dǎo)起始。這些結(jié)果表明，EIN3/EIL1與RHD6/RSL1的協(xié)同互作提供了環(huán)境信號和內(nèi)源發(fā)育信號之間整合節(jié)點(diǎn)，在擬南芥根毛的起始發(fā)育和伸長生長中都起到至關(guān)重要的作用。 |
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