植物所張舒群/徐娟課題組在 Nature Plants 發(fā)表論文
時(shí)間：2021-04-09 09:47:02學(xué)院：生命科學(xué)學(xué)院學(xué)校：浙江大學(xué)
? 近日，我院植物生物學(xué)研究所張舒群/徐娟課題組在Nature Plants（IF5=11.471）發(fā)表了題為“A MAPK cascade downstream of IDA-HAE/HSL2 ligand-receptor pair in lateral root emergence”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)植物絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen Activated Protein Kinase, MAPK)級(jí)聯(lián)信號(hào)的重要模塊MKK4/MKK5-MPK3/MPK6在調(diào)控植物側(cè)根形成過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。
? 側(cè)根發(fā)生是初生根形成后植物根系建成的關(guān)鍵。側(cè)根原基形成后必須要突破初生根的內(nèi)皮層、皮層和表皮的重重外圍組織，直至伸出初生根表面才能形成側(cè)根，這一過(guò)程叫做側(cè)根突破(Lateral root emergence, LRE)。側(cè)根突破受到精細(xì)的區(qū)域性調(diào)控。簡(jiǎn)單來(lái)講，側(cè)根突破過(guò)程中，側(cè)根原基外圍細(xì)胞會(huì)發(fā)生細(xì)胞壁重塑使細(xì)胞分離，為側(cè)根原基的生長(zhǎng)和突破提供空間和出口。同時(shí)植物為了保證主根的完整性，不與側(cè)根原基直接接觸的其他外圍細(xì)胞不會(huì)發(fā)生這一細(xì)胞分離過(guò)程。
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? 最初，研究者注意到MKK4/MKK5-MPK3/MPK6信號(hào)通路功能缺失導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育早期側(cè)根顯著減少。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)在mkk4 mkk5以及mpk3 mpk6條件雙突變體中,參與細(xì)胞壁重塑關(guān)鍵酶的編碼基因表達(dá)顯著下調(diào)，導(dǎo)致側(cè)根原基的外圍細(xì)胞壁果膠不發(fā)生降解，細(xì)胞不能進(jìn)行正常分離，從而使側(cè)根突破受阻。突變體中側(cè)根原基和外圍組織細(xì)胞相互擠壓，最終強(qiáng)行突破的側(cè)根使初生根細(xì)胞發(fā)生嚴(yán)重破損。
? 之前的研究中，美國(guó)密蘇里大學(xué)John Walker課題組和張舒群課題組于2008年合作發(fā)現(xiàn)MKK4/MKK5-MPK3/MPK6位于IDA(內(nèi)源多肽)-HAE/HSL2(IDA受體激酶)信號(hào)下游調(diào)控花器官脫落過(guò)程(Cho et al., 2008, PNAS)，第一次將MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)與配體-受體激酶信號(hào)通路在特定的發(fā)育過(guò)程中連接了起來(lái)。在本研究中，生化以及遺傳學(xué)證據(jù)表明MKK4/MKK5-MPK3/MPK6信號(hào)通路同樣位于IDA-HAE/HSL2信號(hào)下游共同調(diào)控了側(cè)根突破過(guò)程。表明植物在進(jìn)化過(guò)程中可利用相同的信號(hào)通路調(diào)控不同組織中類似的生物學(xué)過(guò)程(花器官脫落及側(cè)根突破都涉及精確的時(shí)空細(xì)胞分離調(diào)控)。生長(zhǎng)素信號(hào)在調(diào)控側(cè)根突破中起著重要的作用。該研究還發(fā)現(xiàn)MKK4/MKK5-MPK3/MPK6級(jí)聯(lián)在生長(zhǎng)素促進(jìn)側(cè)根突破這一信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中是必不可少的一環(huán)。
? 鑒于MAPK級(jí)聯(lián)信號(hào)在不同植物中高度保守，因此該研究結(jié)果對(duì)深入理解作物的根系建成機(jī)制具有重要的參考價(jià)值。該研究由徐娟副教授、張舒群教授以及美國(guó)密蘇里大學(xué)的John Walker教授合作完成，浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院為第一完成單位。徐娟副教授和張舒群教授為本文的通訊作者，朱乾坤博士為論文的第一作者。相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(111 Project)、浙江省自然科學(xué)基金杰出青年基金、浙江大學(xué)青年科研創(chuàng)新專項(xiàng)基金的支持。
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原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-019-0396-x
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