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徐通達課題組發現調控植物生長的“秘密通道”
來源:《農藥市場信息》傳媒 發布時間:2019-07-24

近日,福建農林大學海峽聯合研究院園藝中心教授徐通達(原中國科學院分子植物卓越創新中心/上海植物逆境生物學研究中心研究員)課題組在模式植物擬南芥中,發現了受體蛋白激酶(TMK1)介導的生長素信號途徑調控植物差異性生長的分子機制,有望調控植物的農藝性狀。該研究近日在線發表于《自然》雜志。

此項發現起始于一次意外的實驗現象。在一次實驗中,徐通達的學生用高濃度生長素處理植物時,通過蛋白凝膠電泳發現,TMK1蛋白的下方多出了一條相對較小的條帶,這非常意外。他們後期通過質譜檢測的方法對該條帶進行分析,最終確認了TMK1蛋白被生長素誘導後能進行剪切。

基于這個發現,團隊成功解析了一條由高濃度生長素驅動的信號傳遞途徑,該途徑對植物幼苗頂端彎鈎的形成和維持起著至關重要的作用。那麽,植物細胞是如何對不同濃度的生長素進行精確感知的?不同濃度生長素産生不同效應的分子機制又是什麽?

頂端彎鈎對于雙子葉植物種子在土壤中順利萌發起著至關重要的作用。它的形成使得植物在出土過程中由彎鈎處的下胚軸優先接觸土壤,巧妙地保護子葉與頂端分生組織不受土壤機械摩擦的損害。

在雙子葉模式植物擬南芥中,生長素在頂端彎鈎內側聚集造成局部高濃度的生長素,從而抑制細胞生長,最終導致內外側生長的差異並形成彎鈎的性狀。”論文第一作者、逆境中心——福建農林聯合培養博士生曹珉說,其發育過程爲團隊研究生長素濃度效應的作用機制提供了很好的模型。

在此基礎上,團隊進一步全方位解析生長素調控雙子葉頂端彎鈎的發育機制。研究發現,高濃度生長素在彎鈎內側的聚集能夠促進類受體蛋白激酶家族成員TMK1蛋白的剪切,通過剪切後的蛋白將生長素信號傳遞到細胞質和細胞核中。TMK1蛋白被剪切後的片段能夠直接通過磷酸化的方式,調控基因表達抑制因子IAA32/34蛋白,通過穩定IAA32/34蛋白來達到抑制基因表達的目的,從而在生長素聚集的地方抑制細胞生長。因此,在高濃度生長素聚集的地方,基因表達受到抑制。這與之前報道的正常濃度生長素能夠促進基因表達恰恰相反,也就解釋了低濃度和高濃度的生長素作用相反的現象。

該成果的發現一方面揭示了生長素信號通路調控差異生長的新機制,另一方面爲解決高濃度生長素抑制細胞生長提供了新方案。最重要的是,該機制的發現爲我們深入理解動植物各種信號作用的濃度效應提供了全新的思路。該研究首次報道了植物的類受體蛋白激酶可以通過剪切並轉移到其他亞細胞結構來進行信號傳遞,拓展了對植物類受體激酶作用機制的認識。

事實上,TMK同源蛋白的剪切現象在農作物中也有出現。團隊將在農作物中深入研究TMK同源蛋白剪切對作物生長發育及抗逆境脅迫的作用機制,並期待未來將其應用到農業生産領域中,通過調控生長素信號的輸入和輸出來精確調控植物的農藝性狀。


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