現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺實(shí)驗(yàn)室陳浩東課題組發(fā)現(xiàn)植物向重力性與向光性調(diào)控的新機(jī)制
植物生長(zhǎng)時(shí)刻受到周圍環(huán)境的影響，正確地對(duì)重力與光信號(hào)做出向性反應(yīng)是植物順利存活的重要保證。2020年4月21日，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院與生命科學(xué)學(xué)院鄧興旺實(shí)驗(yàn)室陳浩東課題組在Cell出版社期刊《Cell Reports》上以Article的形式在線發(fā)表了題為“The Asymmetric Expression of SAUR ?Genes Mediated by ARF7/19 Promotes the Gravitropism and Phototropism of Plant Hypocotyls”的研究論文，揭示了 Small ? Auxin ? Up ? RNA ?( SAUR )家族基因的不對(duì)稱表達(dá)在植物向重力性與向光性中的作用機(jī)制，完善了植物向性調(diào)控中生長(zhǎng)素下游的信號(hào)通路。
在植物向重力性與向光性生長(zhǎng)的過程中，莖或根的彎曲生長(zhǎng)均依賴于生長(zhǎng)素的不對(duì)稱分布。有趣的是，當(dāng)植物的生長(zhǎng)偏離豎直方向感受到重力刺激后，莖與根中的生長(zhǎng)素都在下側(cè)有更多積累，然而莖會(huì)逆重力向上生長(zhǎng)，根卻向重力向下生長(zhǎng)。因此，向性生長(zhǎng)中生長(zhǎng)素下游的信號(hào)通路在植物不同器官中存在特異性，它們最終決定植物的器官向哪個(gè)方向彎曲生長(zhǎng)，但是具體的分子機(jī)制很不清楚。
陳浩東課題組首先通過大豆的組學(xué)分析，鑒定到一組重力刺激后在大豆胚軸兩側(cè)不對(duì)稱分布的 SAUR 基因。而后，分析獲知它們?cè)跀M南芥中同源性最高的是 SAUR19 亞家族基因，并通過遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)擬南芥中 SAUR19 亞家族基因的不對(duì)稱表達(dá)對(duì)于植物向重力性與向光性均是必需的。進(jìn)一步深入研究表明， SAUR19 亞家族基因的不對(duì)稱表達(dá)依賴于轉(zhuǎn)錄因子ARF7與ARF19的作用。總結(jié)起來(lái)，重力或光引起的生長(zhǎng)素的不對(duì)稱分布可通過轉(zhuǎn)錄因子ARF7與ARF19激活 SAUR19 亞家族基因的不對(duì)稱表達(dá)，調(diào)控胚軸兩側(cè)細(xì)胞的不對(duì)稱伸長(zhǎng)，進(jìn)而調(diào)控植物胚軸的負(fù)向重力性以及向光性生長(zhǎng)（見附圖）。該課題組此前發(fā)現(xiàn)了光在子葉和胚軸中差異性調(diào)控一類 SAUR 基因的表達(dá)從而形成對(duì)這兩者生長(zhǎng)的相反調(diào)控（Sun?et al., 2016, PNAS; Dong et al., 2019, Plant Cell）。這些工作共同闡明了 SAUR 家族基因的器官或組織特異性表達(dá)在植物應(yīng)對(duì)環(huán)境變化中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。
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ARF7/19- SAUR19 信號(hào)通路調(diào)控植物胚軸向重力性與向光性的分子機(jī)制
該工作在北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院與生命科學(xué)學(xué)院完成，已出站博士后王笑一和于仁波為本文的共同第一作者，陳浩東副研究員為通訊作者。其他作者包括已畢業(yè)博士生汪加軍、林澤川，在讀博士生韓雪、鄧兆國(guó)，以及范六民教授、何航副研究員和鄧興旺教授。該研究得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、蛋白質(zhì)與植物基因研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
原文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)30429-0
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