促進植物根系發育的「密碼」找到了

        植物的根越多、越長，吸收水分和養分就越多，但究竟是誰在左右植物的根系生長？近日，山東農業大學李廈教授團隊在生物學領域國際頂級刊物《植物細胞》發表封面文章，揭示植物根尖分生區發育過程中PLT1的轉錄調控機制，為深入解析植物核轉運蛋白參與的信號途徑提供了新線索。

       根系長短影響著植物與周圍環境的接觸面積。一般根越多、越長，則吸收的水分和養分就越多，植物就會長得更好一些。植物根的生長具有極強的可調控性，其生長主要依賴於根尖。根尖分成根冠、分生區、伸長區和成熟區，其中伸長區是根生長最快的部位，而伸長區的細胞來自分生區，也就是根尖分生區幹細胞通過不斷分裂分化來保證根的持續生長。

       已有研究表明，轉錄因子（轉錄因子是細胞的蛋白質哨兵,它決定了DNA中眾多基因中的某些特定基因表達）PLT1對根尖分生區幹細胞分裂分化起到了關鍵作用。在根尖的不同部位，存在不同濃度梯度的PLT1。高濃度的PLT1抑制細胞分裂，維持根端幹細胞的穩態；分生區中間濃度的PLT1促進細胞分裂；低濃度的PLT1促進細胞分化。但對於植物根尖不同區域建立和維持穩定的PLT1濃度機制並不清楚。

       李廈團隊對根尖分生區幹細胞分裂分化機制研究時，發現了一個新的轉錄調節因子，將其命名為JANUS。他們的研究結果表明，JANUS可以吸引根尖分生區幹細胞中的核糖核酸聚合酶II（RNA聚合酶II）結合到PLT1基因啟動子上，促進PLT1基因從脫氧核糖核酸（DNA）上合成信使核糖核酸（mRNA），也就是PLT1通過基因轉錄過程，最終可影響根尖區不同區域的PLT1的蛋白濃度。

       通過互作蛋白篩選及結構域分析，該團隊還發現生長調控因子（GIFs）可以通過與根尖分生區幹細胞中的RNA聚合酶II競爭結合，以削弱JANUS對PLT1基因轉錄的促進作用，從而抑制PLT1基因轉錄。而JANUS和GIFs這兩種調控因子對根尖分生區幹細胞PLT1基因轉錄的調控，都依賴於核轉運蛋白IMB4（可以識別需要進入細胞核的蛋白，將其運進核內）。

       該研究成果揭示了調控植物根尖分生區細胞中關鍵基因PLT1的調控因子和作用機制，為研究人員進一步了解根的生長調控機制提供重要線索，也可以為培育節水節肥農作物品種提供分子水平的依據。