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張舒群、徐娟課題組在Nature Plants上揭示植物側根發育調控新機制

編輯:樓雪菲 來源:生命科學學院 時間:2019年04月02日 訪問次數:804  源地址

近日,生科院植物生物學研究所張舒群、徐娟課題組在Nature PlantsIF5=11.471)發表了題為“A MAPK cascade downstream of IDA-HAE/HSL2 ligand-receptor pair in lateral root emergence”的研究論文。該研究發現植物絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen Activated Protein Kinase, MAPK)級聯信號的重要模塊MKK4/MKK5-MPK3/MPK6在調控植物側根形成過程中起著關鍵作用。

側根發生是初生根形成后植物根系建成的關鍵。側根原基形成后必須要突破初生根的內皮層、皮層和表皮的重重外圍組織,直至伸出初生根表面才能形成側根,這一過程叫做側根突破(Lateral root emergence, LRE)。側根突破受到精細的區域性調控。簡單來講,側根突破過程中,側根原基外圍細胞會發生細胞壁重塑使細胞分離,為側根原基的生長和突破提供空間和出口。同時植物為了保證主根的完整性,不與側根原基直接接觸的其他外圍細胞不會發生這一細胞分離過程。

最初,研究者注意到MKK4/MKK5-MPK3/MPK6信號通路功能缺失導致植物生長發育早期側根顯著減少。進一步分析發現在mkk4 mkk5以及mpk3 mpk6條件雙突變體中,參與細胞壁重塑關鍵酶的編碼基因表達顯著下調,導致側根原基的外圍細胞壁果膠不發生降解,細胞不能進行正常分離,從而使側根突破受阻。突變體中側根原基和外圍組織細胞相互擠壓,最終強行突破的側根使初生根細胞發生嚴重破損。

之前的研究中,美國密蘇里大學John Walker課題組和張舒群課題組于2008年合作發現MKK4/MKK5-MPK3/MPK6位于IDA(內源多肽)-HAE/HSL2(IDA受體激酶)信號下游調控花器官脫落過程(Cho et al.,2008, PNAS),第一次將MAPK級聯信號與配體-受體激酶信號通路在特定的發育過程中連接了起來。在本研究中,生化以及遺傳學證據表明MKK4/MKK5-MPK3/MPK6信號通路同樣位于IDA-HAE/HSL2信號下游共同調控了側根突破過程。表明植物在進化過程中可利用相同的信號通路調控不同組織中類似的生物學過程(花器官脫落及側根突破都涉及精確的時空細胞分離調控)。生長素信號在調控側根突破中起著重要的作用。該研究還發現MKK4/MKK5-MPK3/MPK6級聯在生長素促進側根突破這一信號網絡中是必不可少的一環。

鑒于MAPK級聯信號在不同植物中高度保守,因此該研究結果對深入理解作物的根系建成機制具有重要的參考價值。該研究由徐娟副教授、張舒群教授以及美國密蘇里大學的John Walker教授合作完成,中國競彩網,足球比分直播生命科學學院為第一完成單位。徐娟副教授和張舒群教授為本文的通訊作者,朱乾坤博士為論文的第一作者。相關工作得到了國家自然科學基金、高等學校學科創新引智計劃(111 Project)、浙江省自然科學基金杰出青年基金、中國競彩網,足球比分直播青年科研創新專項基金的支持。


原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41477-019-0396-x



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