（通訊員 王芝薇 周偉）7月9日下午，由生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院代明球教授主持的第120期“植物生物學(xué)前沿論壇”在第一綜合樓A102舉行，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鐘上威研究員應(yīng)邀參加并做了題為“植物幼苗出土存活的分子調(diào)控機(jī)制”的報(bào)告。
植物幼苗出土是自然界廣泛存在的自然現(xiàn)象并且直接決定了植物能否存活。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，提高植物幼苗的出土率可以節(jié)省大量的人力物力，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。鐘上威研究員分別從“土壤機(jī)械壓力能否調(diào)控幼苗生長(zhǎng)、幼苗怎樣降低土壤機(jī)械損傷以及幼苗如何快速調(diào)整形態(tài)建成來(lái)適應(yīng)出土后環(huán)境的變化”三個(gè)方面對(duì)在座師生進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。
大多數(shù)植物是靜止不動(dòng)的，但含羞草和捕蠅草受到機(jī)械碰觸后會(huì)迅速做出運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，說(shuō)明這些植物能感受環(huán)境中的機(jī)械碰觸。為了研究植物響應(yīng)碰觸的分子機(jī)制，鐘上威團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了頂蓋接觸實(shí)驗(yàn)，讓植物幼苗在向上生長(zhǎng)中自然觸碰到培養(yǎng)皿頂蓋，來(lái)模擬出土幼苗遇到的土壤覆蓋層的機(jī)械阻力。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)機(jī)械碰觸能快速調(diào)控多聚半乳糖醛酸酶PGX3基因表達(dá)，但碰觸撤去后將迅速恢復(fù)，反復(fù)多次或長(zhǎng)時(shí)間的碰觸將逐漸改變細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)與機(jī)械強(qiáng)度，最終使得植物呈現(xiàn)“接觸形態(tài)建成”的表型，并首次提出了“細(xì)胞壁重塑”的植物“記憶”形成新機(jī)制。
幼苗怎樣降低土壤機(jī)械損傷呢？鐘上威團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)機(jī)械碰觸促進(jìn)乙烯氣體生成，通過(guò)乙烯信號(hào)通路關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子EIN3，直接結(jié)合進(jìn)而抑制PGX3的基因表達(dá)。因此，PGX3位于EIN3下游，調(diào)控細(xì)胞壁對(duì)機(jī)械壓力的響應(yīng)，提高植物在機(jī)械壓力環(huán)境下細(xì)胞壁的硬度，減緩細(xì)胞縱向伸長(zhǎng)，幫助植物幼苗適應(yīng)土壤覆蓋所帶來(lái)的機(jī)械阻力，實(shí)現(xiàn)出土存活。
前人發(fā)現(xiàn)HLS1蛋白對(duì)頂端彎鉤的發(fā)育有著決定性作用，但分子機(jī)制尚未明確。鐘上威團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，HLS1位于紅光受體phyB下游，phyB在見(jiàn)光進(jìn)入細(xì)胞核后，可以通過(guò)與HLS1蛋白直接相互作用，將HLS1蛋白從多聚形式裂解為單體形式，從而迅速抑制HLS1的活性，促進(jìn)頂端彎鉤的打開(kāi)。通過(guò)這種蛋白質(zhì)多聚與解多聚的分子機(jī)制，植物實(shí)現(xiàn)了在出土過(guò)程中對(duì)幼苗頂端彎鉤的動(dòng)態(tài)調(diào)控，適應(yīng)出土前后環(huán)境的劇烈改變。
報(bào)告結(jié)束后，與會(huì)師生與鐘上威教授進(jìn)行了熱烈探討。
【報(bào)告人簡(jiǎn)介】鐘上威，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員，博士生導(dǎo)師。主要研究植物幼苗對(duì)土壤環(huán)境的感知與適應(yīng)，系統(tǒng)揭示植物怎樣感知土壤深度，機(jī)械壓力怎樣調(diào)控植物生長(zhǎng)，出土幼苗如何降低土壤機(jī)械損傷與光氧化傷害等重要的分子機(jī)制，在國(guó)際上該研究領(lǐng)域中產(chǎn)生了廣泛影響。
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