Cell Reports | 鄧興旺實驗室陳浩東課題組發(fā)現(xiàn)植物向重力性與向光性調(diào)控的新機(jī)制
物生長時刻受到周圍環(huán)境的影響，正確地對重力與光信號做出向性反應(yīng)是植物順利存活的重要保證。2020年4月21日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院與現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院鄧興旺實驗室陳浩東課題組在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)控中生長素下游的信號通路。
在植物向重力性與向光性生長的過程中，莖或根的彎曲生長均依賴于生長素的不對稱分布。有趣的是，當(dāng)植物的生長偏離豎直方向感受到重力刺激后，莖與根中的生長素都在下側(cè)有更多積累，然而莖會逆重力向上生長，根卻向重力向下生長。因此，向性生長中生長素下游的信號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方向彎曲生長，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)不對稱分布的SAUR基因。而后，分析獲知它們在擬南芥中同源性最高的是SAUR19亞家族基因，并通過遺傳學(xué)實驗證實擬南芥中SAUR19亞家族基因的不對稱表達(dá)對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亞家族基因的不對稱表達(dá)依賴于轉(zhuǎn)錄因子ARF7與ARF19的作用?？偨Y(jié)起來，重力或光引起的生長素的不對稱分布可通過轉(zhuǎn)錄因子ARF7與ARF19激活SAUR19亞家族基因的不對稱表達(dá)，調(diào)控胚軸兩側(cè)細(xì)胞的不對稱伸長，進(jìn)而調(diào)控植物胚軸的負(fù)向重力性以及向光性生長（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)從而形成對這兩者生長的相反調(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)對環(huán)境變化中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。
ARF7/19-SAUR19信號通路調(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)生命科學(xué)學(xué)院與現(xiàn)代農(nóng)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，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家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.107529 或
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)30429-0
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