研究发现拟南芥表皮毛时序性发育的分子机理

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发布时间:2019-03-08 14:23

3月6日,国际学术期刊The EMBO Journal 在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所王佳伟研究组题为A spatiotemporally regulated transcriptional complex underlies heteroblastic development of leaf hairs in Arabidopsis thaliana 的研究论文。

动植物都由单细胞受精卵通过细胞分裂和分化发育而来。这一特性决定了生命体的生长发育具有时序性,在不同的发育阶段具有不同的形态和代谢特征。在模式植物拟南芥中,幼年期与成年期植物在发育模式、次生代谢物合成和环境响应等方面存在显著差异。研究表明miR156是调控这些性状时序性变化的关键因子。miR156在幼苗中高表达,维持植物的幼年期特征。随着植物年龄的增长,miR156含量逐渐降低,其靶标SPL类转录因子表达逐渐上升,诱发植物成年态性状的产生。

研究发现,叶片下表皮毛的发生是拟南芥进入成年期的一个标志。miR156-SPL年龄信号模块通过激活miR172的表达诱导下表皮毛的起始。miR172的靶基因蛋白AP2类转录因子(例如TOE1)与叶片极性调控因子KAN1互作。由于KAN1仅在叶片下表皮表达,TOE1仅在植物幼年期表达,因此该复合只存在于幼年期叶片的下表皮中。进一步研究发现,该复合体可以结合在表皮毛关键转录因子GL1的3’端调控序列(称为REAT)上。有趣的是,GL1座位下游的增强子可以与5’端启动子形成染色质环,启动GL1的表达。因此,在植物幼年期叶片的下表皮中,TOE1-KAN1复合体可以借助染色体环靠近GL1启动子,抑制其表达,导致叶片下表皮毛不能发生。当植物进入成年期后,由于miR156-SPL信号模块的增强,miR172表达升高,导致TOE1蛋白含量降低,此时TOE1-KAN1复合体逐渐解离,从而释放它对GL1的抑制作用,诱发下表皮毛的产生。

分子植物卓越中心博士王龙和周川苗为该论文的共同第一作者,王佳伟为通讯作者。该研究得到科技部、国家自然科学基金、中科院先导项目、中国博士后基金、Sanofi-SIBS青年人才奖学金等资助。(分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所)

(责编:张瑜(实习生)、熊旭)

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