南科大学子在知名期刊发表论文揭示细胞分裂素调控拟南芥顶端弯钩发育新机制
2021年09月06日 科研新闻 浏览量 :932

近日,南方科技大学生命科学学院讲席教授郭红卫课题组2018级本科生亚立坤疆·艾则孜以第一作者身份在Journal of Experimental Botany在线发表了题为“Cytokinin regulates apical hook development via the coordinated actions of EIN3/EIL1 and PIF transcription factors in Arabidopsis”的研究论文。该论文揭示了细胞分裂素调控拟南芥顶端弯钩发育的新机制,阐明了细胞分裂素对于幼苗出土的重要功能。

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双子叶植物的顶端弯钩(apical hook)是保护幼苗幼嫩部位免受土壤机械压力的重要生理结构,其缺失的拟南芥突变体出土成功率显著低于野生型(Zhong et al., 2016)。一系列研究表明,顶端弯钩的发育受到植物内源激素和外界信号的调控。本研究中,亚立坤疆·艾则孜借助化学遗传学筛选方法首次发现细胞分裂素能够促进乙烯不敏感突变体ein3 eil1黄化苗顶端弯钩发育(图1)。


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图1. 细胞分裂素以不依赖乙烯信号的方式促进顶端弯钩发育

通过遗传学和生化分析发现,除了已报道的调控乙烯合成的经典通路外,细胞分裂素还能够在转录后水平上稳定PIF4和PIF5进而调控顶端弯钩发育。动态表型观测结果表明,细胞分裂素除了促进顶端弯钩加剧(exaggeration)外,还具有促进顶端弯钩的维持(maintenance)这一乙烯所不具备的效果。进一步研究发现,该维持效果依赖PIF而非乙烯信号的EIN3。这是自2018年郭红卫课题组报道EIN3和PIFs平行调控顶端弯钩发育(Zhang et al., Plant Cell, 2018) 之后,对EIN3和PIFs生物学功能差异的进一步解析。

结合这些发现,研究者提出了乙烯和细胞分裂素协同调控双子叶幼苗出土的动态机制:(1)种子萌发后幼苗处于深层土壤中,相对致密的土壤使得植物释放的乙烯积累,促进植物顶端弯钩的形成;(2)当幼苗生长到浅层土壤时,乙烯扩散导致其信号减弱。取而代之,细胞分裂素通过PIFs依赖的途径促进顶端弯钩的维持,保护幼嫩的子叶免受土壤机械压力的损伤;(3)当植物成功出土之后,光信号介导PIFs降解,顶端弯钩打开,植物实现由暗形态到光形态的建成。

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图2:细胞分裂素调控拟南芥顶端弯钩发育的模式图

亚立坤疆·艾则孜为本文的第一作者,郭红卫和南科大前沿与交叉科学研究院研究助理教授姜凯为共同通讯作者。南科大是论文第一单位。该研究受到国家自然科学基金、广东省创新创业团队、深圳市科创委、广东省大学生攀登计划等项目的资助。

论文链接:

https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erab403/6359794


 

供稿:生命科学学院

文字:亚立坤疆·艾则孜

通讯员:付文卿

主图:丘妍

编辑:朱增光


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