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促进植物根系发育的“密码”找到了

来源:科技日报2021-01-08 09:25

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  植物的根越多、越长,吸收水分和养分就越多,但究竟是谁在左右植物的根系生长?近日,山东农业大学李厦教授团队在生物学领域国际顶级刊物《植物细胞》发表封面文章,揭示植物根尖分生区发育过程中PLT1的转录调控机制,为深入解析植物核转运蛋白参与的信号途径提供了新线索。

  根系长短影响着植物与周围环境的接触面积。一般根越多、越长,则吸收的水分和养分就越多,植物就会长得更好一些。植物根的生长具有极强的可调控性,其生长主要依赖于根尖。根尖分成根冠、分生区、伸长区和成熟区,其中伸长区是根生长最快的部位,而伸长区的细胞来自分生区,也就是根尖分生区干细胞通过不断分裂分化来保证根的持续生长。

  已有研究表明,转录因子(转录因子是细胞的蛋白质哨兵,它决定了DNA中众多基因中的某些特定基因表达)PLT1对根尖分生区干细胞分裂分化起到了关键作用。在根尖的不同部位,存在不同浓度梯度的PLT1。高浓度的PLT1抑制细胞分裂,维持根端干细胞的稳态;分生区中间浓度的PLT1促进细胞分裂;低浓度的PLT1促进细胞分化。但对于植物根尖不同区域建立和维持稳定的PLT1浓度机制并不清楚。

  李厦团队对根尖分生区干细胞分裂分化机制研究时,发现了一个新的转录调节因子,将其命名为JANUS。他们的研究结果表明,JANUS可以吸引根尖分生区干细胞中的核糖核酸聚合酶II(RNA聚合酶II)结合到PLT1基因启动子上,促进PLT1基因从脱氧核糖核酸(DNA)上合成信使核糖核酸(mRNA),也就是PLT1通过基因转录过程,最终可影响根尖区不同区域的PLT1的蛋白浓度。

  通过互作蛋白筛选及结构域分析,该团队还发现生长调控因子(GIFs)可以通过与根尖分生区干细胞中的RNA聚合酶II竞争结合,以削弱JANUS对PLT1基因转录的促进作用,从而抑制PLT1基因转录。而JANUS和GIFs这两种调控因子对根尖分生区干细胞PLT1基因转录的调控,都依赖于核转运蛋白IMB4(可以识别需要进入细胞核的蛋白,将其运进核内)。

  该研究成果揭示了调控植物根尖分生区细胞中关键基因PLT1的调控因子和作用机制,为研究人员进一步了解根的生长调控机制提供重要线索,也可以为培育节水节肥农作物品种提供分子水平的依据。(记者 王延斌 通 讯 员 郭翠华

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