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植物所科研人员揭示植物不定根形成的分子机制

作者: 发布时间:2020-06-15 07:36

  光照不仅为植物的光协作用供给能量,还可以作为环境信号触发植物的一系列生理生化呼应进程。高等植物的根系十分复杂,除主根和侧根外,大多数高等植物在地上部分会产生不同方式的不定根。与长时间成长在地下的主根(或侧根)不同,大多数不定根一向暴露在光照下。可是光照究竟是怎么影响不定根的成长发育进程的?其相关的分子机理一向不清楚。 

  中科院植物所迟伟研讨组以方式植物拟南芥为资料,对一种特别方式不定根的生成机理进行了深入研讨。研讨发现:在较低的光照条件下,拟南芥几乎不产生任何方式的不定根。当光照强度进步时,在拟南芥主根和胚轴的节点处(root–hypocotyl junction) 会诱导产生很多的不定根(称作J-不定根)。当拟南芥的一个转录因子ABI4骤变后,拟南芥即便在较低的光照条件下仍然会产生很多J-不定根。这表明ABI4是J-不定根产生的负调控因子。进一步研讨发现,ABI4蛋白的缺失促进活性氧分子特异地在节点方位的表皮细胞中很多累积,诱发了表皮细胞的细胞凋亡。这一进程会削弱根原基打破表皮细胞的机械阻力,促进J-不定根的产生和成长。 

  研讨还发现,ABI4活性受丝裂原活化蛋白激酶MPK3/ MPK6以及磷酸酶PP2C12的一起调控。MPK3/ MPK6可以直接磷酸化并激活ABI4,按捺J-不定根的产生。而PP2C12可以去磷酸化ABI4并按捺其活性,促进J-不定根的产生。一起为了保持ABI4的最大磷酸化功率,MPK3/ MPK6还可以直接磷酸化PP2C12并按捺其活性。在此基础上,该研讨团队提出了一个由ABI4,MPK3/ MPK6 和PP2C12蛋白组成的“双保险”(double-check)机制来调控拟南芥J-不定根的产生进程。经过该机制,高等植物可以整合光、成长素以及活性氧等多种信号转导途径然后精密调控J-不定根的产生进程,以习惯不断改变的环境条件。该研讨结果也为作物根系的遗传改进供给了理论学习含义。 

   该研讨成果于2020年6月11日在线发表于世界学术期刊Molecular Plant。植物所博士研讨生白泽晨为论文的榜首作者,迟伟研讨员为通讯作者。中科院遗传与发育生物学研讨所汪迎春研讨员、山东农业大学卢从明教授、河南大学胡筑兵教授、张立新教授为协作研讨者。该研讨得到了国家转基因专项以及中科院先导项目的赞助。 

  文章链接: 

  https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(20)30180-5 

  (光合实验室供稿) 


A:拟南芥主根-胚轴节点不定根形状图。 B:不定根产生进程中,表皮细胞的形状改变。 C:不定根产生的分子机理方式图。

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