植物所徐娟課題組Molecular Plant揭示植物根尖分生組織發(fā)育調控新機制
?根是高等植物的營養(yǎng)器官，對植物的生存至關重要。根系可以固著植物，并為其輸送礦質營養(yǎng)和水分，根深才能葉茂。正常發(fā)育的根系也利于其對周圍多變的生物或非生物環(huán)境做出特異的響應。根的正常發(fā)育依賴于細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)表了浙江大學生命科學學院徐娟課題組與美國密蘇里大學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級聯通路調控擬南芥根尖分生組織的發(fā)育。
植物MAPK級聯信號在植物生長發(fā)育以及抗逆調控中均十分重要。MPK3/MPK6是擬南芥MAPK核心成員，調控了多個生長發(fā)育過程，包括合子的第一次不對稱分裂、胚珠的珠被發(fā)育、氣孔分化、花器官脫落、花序形態(tài)建成、側根突破等等。研究者注意到MPK3/MPK6信號通路功能缺失也會導致植物主根生長顯著變短，與已知的RGF1-RGI1信號通路缺失表型類似。顯微觀察及下游分子機制分析表明MPK3/MPK6通過調控兩個關鍵的轉錄因子PLT1/PLT2影響根尖分生組織發(fā)育從而影響了主根伸長。然后研究者通過一系列生化及遺傳學實驗，證明YDA(MAPKKK)-MKK4/MKK5-MPK3/MPK6這樣一條完整的MAPK級聯信號通路位于RGF1-RGI1配體-受體復合體下游通過在轉錄水平調控PLT1/PLT2的表達調控根尖分生區(qū)的細胞分裂活性，從而影響了主根伸長。
生科院博士生邵伊明為論文第一作者，美國密蘇里大學生化系張舒群教授以及浙江大學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。相關研究得到國家自然科學基金、浙江省自然科學基金以及中國植物生理與植物分子生物學會以及111引智計劃的大力支持。
值得一提的是，該論文是以背靠背形式與蘭州大學生命科學學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)同時在線發(fā)表。黎家教授團隊長期致力于植物類受體激酶介導的細胞信號轉導途徑的研究，揭示了類受體激酶在油菜素內酯信號以及多個根發(fā)育過程的重要功能。其課題組以RGI1超表達植物為材料利用蛋白組學方法發(fā)現，RGF1多肽處理后，在RGI免疫沉淀復合物中發(fā)現有MAPK級聯通路成員MKK4和MPK3。因此，該課題組以RGF1-RGI1信號是否通過MAPK級聯反應途徑調控根分生組織的發(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論，互相驗證，相得益彰。根尖分生組織發(fā)育涉及到非常精細復雜的調控網絡，兩篇論文的研究成果進一步加深了人們對植物根尖分生組織發(fā)育調控機制的認識，是植物根系發(fā)育調控研究領域的重要研究進展。
A. pRGI2::MKK4DD/MKK5DD能夠顯著恢復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信號調控根尖分生組織發(fā)育的分子模型?(Lu et al., 2020)
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