促進(jìn)植物根系發(fā)育的“密碼”找到了

 

 

    植物的根越多、越長(cháng)，吸收水分和養分就越多，但究竟是誰(shuí)在左右植物的根系生長(cháng)？近日，山東農業(yè)大學(xué)李廈教授團隊在生物學(xué)領(lǐng)域國際頂級刊物《植物細胞》發(fā)表封面文章，揭示植物根尖分生區發(fā)育過(guò)程中PLT1的轉錄調控機制，為深入解析植物核轉運蛋白參與的信號途徑提供了新線(xiàn)索。

 

 

    根系長(cháng)短影響著(zhù)植物與周?chē)h(huán)境的接觸面積。一般根越多、越長(cháng)，則吸收的水分和養分就越多，植物就會(huì )長(cháng)得更好一些。植物根的生長(cháng)具有極強的可調控性，其生長(cháng)主要依賴(lài)于根尖。根尖分成根冠、分生區、伸長(cháng)區和成熟區，其中伸長(cháng)區是根生長(cháng)最快的部位，而伸長(cháng)區的細胞來(lái)自分生區，也就是根尖分生區干細胞通過(guò)不斷分裂分化來(lái)保證根的持續生長(cháng)。

 

 

    已有研究表明，轉錄因子（轉錄因子是細胞的蛋白質(zhì)哨兵，它決定了DNA中眾多基因中的某些特定基因表達）PLT1對根尖分生區干細胞分裂分化起到了關(guān)鍵作用。在根尖的不同部位，存在不同濃度梯度的PLT1.高濃度的PLT1抑制細胞分裂，維持根端干細胞的穩態(tài)；分生區中間濃度的PLT1促進(jìn)細胞分裂；低濃度的PLT1促進(jìn)細胞分化。但對于植物根尖不同區域建立和維持穩定的PLT1濃度機制并不清楚。

 

 

    李廈團隊對根尖分生區干細胞分裂分化機制研究時(shí)，發(fā)現了一個(gè)新的轉錄調節因子，將其命名為JANUS.他們的研究結果表明，JANUS可以吸引根尖分生區干細胞中的核糖核酸聚合酶II（RNA聚合酶II）結合到PLT1基因啟動(dòng)子上，促進(jìn)PLT1基因從脫氧核糖核酸（DNA）上合成信使核糖核酸（mRNA），也就是PLT1通過(guò)基因轉錄過(guò)程，最終可影響根尖區不同區域的PLT1的蛋白濃度。

 

 

    通過(guò)互作蛋白篩選及結構域分析，該團隊還發(fā)現生長(cháng)調控因子（GIFs）可以通過(guò)與根尖分生區干細胞中的RNA聚合酶II競爭結合，以削弱JANUS對PLT1基因轉錄的促進(jìn)作用，從而抑制PLT1基因轉錄。而JANUS和GIFs這兩種調控因子對根尖分生區干細胞PLT1基因轉錄的調控，都依賴(lài)于核轉運蛋白IMB4（可以識別需要進(jìn)入細胞核的蛋白，將其運進(jìn)核內）。

 

 

    該研究成果揭示了調控植物根尖分生區細胞中關(guān)鍵基因PLT1的調控因子和作用機制，為研究人員進(jìn)一步了解根的生長(cháng)調控機制提供重要線(xiàn)索，也可以為培育節水節肥農作物品種提供分子水平的依據。