鄧興旺實驗室陳浩東課題組發現植物向重力性與向光性調控的新機制

2020-11-28 北大新聞網

植物生長時刻受到周圍環境的影響，正確地對重力與光信號做出向性反應是植物順利存活的重要保證。2020年4月21日，北京大學生命科學學院與現代農學院鄧興旺實驗室陳浩東課題組在Cell出版社期刊Cell Reports上以Article的形式在線發表了題為「The Asymmetric Expression of SAUR Genes Mediated by ARF7/19 Promotes the Gravitropism and Phototropism of Plant Hypocotyls」的研究論文，揭示了SmallAuxinUpRNA（SAUR）家族基因的不對稱表達在植物向重力性與向光性中的作用機制，完善了植物向性調控中生長素下遊的信號通路。

在植物向重力性與向光性生長的過程中，莖或根的彎曲生長均依賴於生長素的不對稱分布。有趣的是，當植物的生長偏離豎直方向感受到重力刺激後，莖與根中的生長素都在下側有更多積累，然而莖會逆重力向上生長，根卻向重力向下生長。因此，向性生長中生長素下遊的信號通路在植物不同器官中存在特異性，它們最終決定植物的器官向哪個方向彎曲生長，但是具體的分子機制很不清楚。

陳浩東課題組首先通過大豆的組學分析，鑑定到一組重力刺激後在大豆胚軸兩側不對稱分布的SAUR基因。而後，分析獲知它們在擬南芥中同源性最高的是SAUR19亞家族基因，並通過遺傳學實驗證實擬南芥中SAUR19亞家族基因的不對稱表達對於植物向重力性與向光性均是必需的。進一步深入研究表明，SAUR19亞家族基因的不對稱表達依賴於轉錄因子ARF7與ARF19的作用。總結起來，重力或光引起的生長素的不對稱分布可通過轉錄因子ARF7與ARF19激活SAUR19亞家族基因的不對稱表達，調控胚軸兩側細胞的不對稱伸長，進而調控植物胚軸的負向重力性以及向光性生長（見附圖）。該課題組此前發現了光在子葉和胚軸中差異性調控一類SAUR基因的表達從而形成對這兩者生長的相反調控（Sunet al., 2016, PNAS; Dong et al., 2019, Plant Cell）。這些工作共同闡明了SAUR家族基因的器官或組織特異性表達在植物應對環境變化中發揮的關鍵作用。

ARF7/19-SAUR19信號通路調控植物胚軸向重力性與向光性的分子機制

該工作在北京大學生命科學學院與現代農學院完成，已出站博士後王笑一和於仁波為本文的共同第一作者，陳浩東副研究員為通訊作者。其他作者包括已畢業博士生汪加軍、林澤川，在讀博士生韓雪、鄧兆國，以及範六民教授、何航副研究員和鄧興旺教授。該研究得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、蛋白質與植物基因研究國家重點實驗室以及北大-清華生命科學聯合中心的資助。

原文連結：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.107529或

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)30429-0


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