南方科技大學(xué)發(fā)現(xiàn)乙烯調(diào)控根毛生長(zhǎng)發(fā)育的新機(jī)制

閱讀次數(shù)：995 發(fā)布時(shí)間：2017/12/25 9:43:11

上海恒遠(yuǎn)生物報(bào)道：12月12日，南科大植物與食品研究所郭紅衛(wèi)教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物《PNAS》在線發(fā)表了題為 “Ethylene Promotes Root Hair Growth through Coordinated EIN3/EIL1 and RHD6/RSL1 Activity in Arabidopsis”的研究論文。

根毛是植物根表皮的管狀突起，是植物吸收水分、礦質(zhì)元素以及與土壤微生物進(jìn)行相互作用的重要器官。根毛的生長(zhǎng)發(fā)育具有高度的可塑性，其生長(zhǎng)密度與相對(duì)長(zhǎng)度都可應(yīng)對(duì)土壤環(huán)境的不同作出適應(yīng)性的調(diào)節(jié)，是研究植物環(huán)境響應(yīng)的良好模型。乙烯是植物重要的環(huán)境脅迫信號(hào)分子，對(duì)根毛生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控作用很早就被發(fā)現(xiàn)，但對(duì)于其中的作用機(jī)制卻一直不清楚。

郭紅衛(wèi)教授實(shí)驗(yàn)室在植物乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先地位，多年來(lái)為乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子機(jī)制的闡明做出了重要的貢獻(xiàn)，其中包括發(fā)現(xiàn)乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白降解模型（Cell, 2003；Plant Cell, 2010）、乙烯信號(hào)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到細(xì)胞核傳遞的”剪切-入核”機(jī)制（CellResearch, 2012）及3’UTR非編碼RNA介導(dǎo)的翻譯調(diào)控模型（PNAS, 2006；Cell, 2015）等一系列突破性成果。此外，多年來(lái)團(tuán)隊(duì)也一直關(guān)注乙烯信號(hào)調(diào)控植物根生長(zhǎng)（Plant Cell, 2011）、頂端彎構(gòu)形成（Cell Research 2012; Plant Cell, 2014）及衰老（Plant Cell, 2013; 2017）等生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的分子遺傳機(jī)制。郭紅衛(wèi)團(tuán)隊(duì)PNAS發(fā)表的這一最新成果主要揭示了植物激素乙烯調(diào)控?cái)M南芥根毛生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制，該研究加深了對(duì)乙烯生理功能機(jī)制的理解，為通過(guò)分子育種提高植物營(yíng)養(yǎng)吸收能力等優(yōu)良性狀提供了理論依據(jù)。

團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)分子遺傳分析發(fā)現(xiàn)，乙烯信號(hào)通過(guò)核心轉(zhuǎn)錄因子EIN3/EIL1直接調(diào)控根毛生長(zhǎng)的主效調(diào)控因子RSL4基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，從而促進(jìn)擬南芥根毛的伸長(zhǎng)（elongation）生長(zhǎng)。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，乙烯對(duì)根毛伸長(zhǎng)的促進(jìn)作用很大程度上依賴(lài)于根毛發(fā)生重要調(diào)控因子RHD6/RSL1的功能。通過(guò)體內(nèi)外相互作用和亞細(xì)胞共定位等分析，團(tuán)隊(duì)揭示了EIN3/EIL1與RHD6/RSL1協(xié)同調(diào)控RSL4基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)從而促進(jìn)根毛伸長(zhǎng)的分子機(jī)制。由于RHD6/RSL1是非典型的轉(zhuǎn)錄因子，其DNA結(jié)合能力一直沒(méi)有得到證實(shí)，EIN3/EIL1與RHD6/RSL1的協(xié)同互作機(jī)制闡明了RHD6/RSL1發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能的可能機(jī)制。

為了進(jìn)一步探索EIN3/EIL1與RHD6/RSL1的協(xié)同互作在根毛發(fā)育過(guò)程中的重要作用，團(tuán)隊(duì)在已有分子遺傳證據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析。研究發(fā)現(xiàn)EIN3/EIL1與RHD6/RSL1協(xié)同調(diào)控大量根毛生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因，這些下游基因不僅參與根毛的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，還涉及根毛的起始發(fā)育。

進(jìn)一步的表型分析也很好的應(yīng)證了轉(zhuǎn)錄組的結(jié)果：ein3eil1 rhd6rsl1多重突變體對(duì)外施乙烯、生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素及缺磷、缺氮等環(huán)境刺激不敏感。相對(duì)于野生型或rhd6rsl1雙突變體，ein3eil1 rhd6rsl1的根毛發(fā)育不能被誘導(dǎo)起始。這些結(jié)果表明，EIN3/EIL1與RHD6/RSL1的協(xié)同互作提供了環(huán)境信號(hào)和內(nèi)源發(fā)育信號(hào)之間整合節(jié)點(diǎn)，在擬南芥根毛的起始發(fā)育和伸長(zhǎng)生長(zhǎng)中都起到至關(guān)重要的作用。

南方科技大學(xué)生物系訪問(wèn)學(xué)者馮瑩博士為該文章的第一作者，講座教授郭紅衛(wèi)、高級(jí)研究學(xué)者王益川博士為論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心以及南方科技大學(xué)引進(jìn)人才啟動(dòng)基金的資助。恒遠(yuǎn)生物對(duì)這一重要研究發(fā)現(xiàn)表示熱烈的祝賀，同時(shí)為了感謝各大高校及研究所對(duì)本公司的支持，特借助圣誕節(jié)elisa試劑盒舉行一場(chǎng)感恩回饋專(zhuān)場(chǎng)活動(dòng)，今年最后一次狂歡，具體活動(dòng)內(nèi)容詳情，歡迎來(lái)電詳詢(xún)！