（通訊員 王芝薇 周偉）7月9日下午，由生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院代明球教授主持的第120期“植物生物學(xué)前沿論壇”在第一綜合樓A102舉行，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鐘上威研究員應(yīng)邀參加并做了題為“植物幼苗出土存活的分子調(diào)控機制”的報告。
植物幼苗出土是自然界廣泛存在的自然現(xiàn)象并且直接決定了植物能否存活。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，提高植物幼苗的出土率可以節(jié)省大量的人力物力，具有較大的現(xiàn)實意義。鐘上威研究員分別從“土壤機械壓力能否調(diào)控幼苗生長、幼苗怎樣降低土壤機械損傷以及幼苗如何快速調(diào)整形態(tài)建成來適應(yīng)出土后環(huán)境的變化”三個方面對在座師生進行了詳細的介紹。
大多數(shù)植物是靜止不動的，但含羞草和捕蠅草受到機械碰觸后會迅速做出運動響應(yīng)，說明這些植物能感受環(huán)境中的機械碰觸。為了研究植物響應(yīng)碰觸的分子機制，鐘上威團隊設(shè)計了頂蓋接觸實驗，讓植物幼苗在向上生長中自然觸碰到培養(yǎng)皿頂蓋，來模擬出土幼苗遇到的土壤覆蓋層的機械阻力。通過該實驗，他們發(fā)現(xiàn)機械碰觸能快速調(diào)控多聚半乳糖醛酸酶PGX3基因表達，但碰觸撤去后將迅速恢復(fù)，反復(fù)多次或長時間的碰觸將逐漸改變細胞壁結(jié)構(gòu)與機械強度，最終使得植物呈現(xiàn)“接觸形態(tài)建成”的表型，并首次提出了“細胞壁重塑”的植物“記憶”形成新機制。
幼苗怎樣降低土壤機械損傷呢？鐘上威團隊發(fā)現(xiàn)機械碰觸促進乙烯氣體生成，通過乙烯信號通路關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子EIN3，直接結(jié)合進而抑制PGX3的基因表達。因此，PGX3位于EIN3下游，調(diào)控細胞壁對機械壓力的響應(yīng)，提高植物在機械壓力環(huán)境下細胞壁的硬度，減緩細胞縱向伸長，幫助植物幼苗適應(yīng)土壤覆蓋所帶來的機械阻力，實現(xiàn)出土存活。
前人發(fā)現(xiàn)HLS1蛋白對頂端彎鉤的發(fā)育有著決定性作用，但分子機制尚未明確。鐘上威團隊發(fā)現(xiàn)，HLS1位于紅光受體phyB下游，phyB在見光進入細胞核后，可以通過與HLS1蛋白直接相互作用，將HLS1蛋白從多聚形式裂解為單體形式，從而迅速抑制HLS1的活性，促進頂端彎鉤的打開。通過這種蛋白質(zhì)多聚與解多聚的分子機制，植物實現(xiàn)了在出土過程中對幼苗頂端彎鉤的動態(tài)調(diào)控，適應(yīng)出土前后環(huán)境的劇烈改變。
報告結(jié)束后，與會師生與鐘上威教授進行了熱烈探討。
【報告人簡介】鐘上威，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員，博士生導(dǎo)師。主要研究植物幼苗對土壤環(huán)境的感知與適應(yīng)，系統(tǒng)揭示植物怎樣感知土壤深度，機械壓力怎樣調(diào)控植物生長，出土幼苗如何降低土壤機械損傷與光氧化傷害等重要的分子機制，在國際上該研究領(lǐng)域中產(chǎn)生了廣泛影響。
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