每日摘要:植物花瓣上錐形細胞形態建成的關鍵調控機制(Cell Reports)

2021-02-23 植物類SCI摘要

Hope everybody can study well and make progress every day!

Auxin Signaling-Mediated Apoplastic pH Modification Functions in Petal Conical Cell Shaping

First author: Xie Dang; Affiliations: Fujian Agriculture and Forestry University (福建農林大學): Fuzhou, China

Corresponding author: Deshu Lin


The flowers of angiosperm species typically contain specialized conical cells. Although substantial progress has been achieved regarding the mechanisms underlying flower development, little is known about how petal cells achieve final conical shape. Here, we use 8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt (HPTS) as a fluorescent pH indicator for analyzing the apoplastic pH of conical cells in Arabidopsis and show that normal conical cell expansion requires auxin signaling and apoplastic pH changes. By combining imaging analysis and genetic and pharmacological experiments, we demonstrate that apoplastic acidification and alkalization correlate with an increase and decrease in tip sharpening of conical cells, respectively. Initial expansion of conical cells is accompanied by decreased apoplastic pH, which is associated with increased auxin signaling. Decreased auxin levels, transport, or signaling abolishes cell wall acidification and causes reduced tip sharpening and heights of conical cells. These findings provide an insight into apoplastic pH regulation of conical cell expansion.

被子植物物種的花通常具有特化的錐形細胞。儘管關於花發育相關的研究已經取得了巨大的進展，但是關於花瓣上的錐形細胞如何獲取其最終的錐形形態還不清楚。本文中，作者利用8-羥基芘-1,3,6-三磺酸三鈉鹽（HPTS）作為螢光pH指示劑來分析擬南芥花瓣上錐形細胞中質外pH值，發現正常的錐形細胞擴張需要生長素信號以及質外pH值的改變。通過結合呈像分析以及遺傳和藥理學實驗，作者發現質外酸化和鹼化分別與錐形細胞尖端銳化程度的增加和減少有關。圓錐細胞最初的擴張伴隨著質外pH值的降低，而這與生長素信號的增強有所關聯。生長素含量、轉運以及信號轉導水平的降低均能夠使得細胞壁不再酸化，從而降低錐形細胞尖端的銳化程度和高度。本文的研究發現為植物花瓣上錐形細胞擴張的質外pH值調控提供了新的視野。

p.s. 質外體（apoplast），是指植物細胞原生質體外圍由細胞壁、胞間隙和導管組成的系統。

錐形細胞，是被子植物花瓣上的一個特化結構，能夠為昆蟲授粉提供一個穩定的「著陸平臺」。

酸生長理論，生長素通過激活細胞膜上的H+ATPase，將胞內的H+泵到胞外，使得細胞壁pH值降低、酸化，從而促進細胞壁鬆弛，最終導致細胞的擴張。

Highlight

通訊：林德書 (http://net.fafu.edu.cn/hist/15/40/c5708a136512/page.htm)

個人簡介：2000-2004年，福建農林大學，學士；2004-2007年，福建農林大學，碩士；2007-2012年，中國農業大學，博士；2009-2011年，美國加州大學河濱分校，聯合培養；2012-2014年， 中科院植物逆境生物學研究中心，博士後；2012-2013年，美國加州大學河濱分校，訪問學者；2014年-至今，福建農林大學，教授。

研究方向：1.花瓣器官形態建成；2. 花瓣錐形細胞形態建成；3. 細胞骨架蛋白在水稻、甘蔗等農作物中的功能研究。

doi: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.02.087

Journal: Cell Reports

Published date: March 17, 2020

相關焦點

  • Cell Reports | 福建農林大學林德書課題組發現生長素調控錐形細胞形態的機制
    大多數開花植物的花瓣表皮有一種特殊的錐形細胞，其獨特的形態對傳粉昆蟲的抓附支撐、花表面溫度和溼度的維持、光的反射等方面有重要作用【1】。
  • PLoS Genetics | 福建農林林德書團隊揭示微管骨架的時空排列調控花瓣錐形細胞形態建成.
    」研究論文，證明了微管骨架的時空排列調控花瓣錐形細胞形態建成。研究報導錐形細胞能為傳粉昆蟲提供支撐點、維持花瓣的溼度和表面溫度、和影響花瓣顏色等；然而，調控花瓣錐形細胞形態建成的分子遺傳機制還不清楚。花瓣錐形表皮細胞作為一種結構獨特的細胞形態，其研究至今還是一個被遺漏的領域。
  • 福建農林大學林德書團隊揭示ROS調控花瓣錐形細胞形態建成的分子機制
    2018年10月8日，PLOS Genetics在線發表了福建農林大學林德書教授為通訊作者的題為「Reactive oxygen species mediate conical cell該研究通過擬南芥遺傳篩選，發現ANGUSTIFOLIA（AN）（編碼一種哺乳動物CtBP/BARs的同源物）的功能缺失突變體具有更寬尖端角的錐形細胞表型，其與活性氧（ROS）的積累增加相關。進一步研究表明，外源ROS產生與an突變體相似的錐形細胞表型。遺傳分析顯示AN與KTN1協同作用以控制錐形細胞的形態建成。提高或降低ROS水平和AN突變均可抑制微管組織成為有序的圓周陣列。
  • 每日摘要:有花植物雙受精中決定中央細胞細胞命運的轉錄抑制機制(PNAS)
    雙受精（double fertilization）是被子植物演化成功的關鍵創新之一，由兩種受精的雌配子，分別為卵細胞（egg cell）和中央細胞（central cell），形成胚胎和胚乳組織。包含在孢子體內的雌配子體，即胚囊（embryo sac），來源於單個細胞的單倍體細胞系。
  • 每日摘要:猴面花PCR2基因調控類胡蘿蔔素的生物合成(Plant Cell)
    目前，我們對於花中調控類胡蘿蔔素合成的分子機制了解不多。本文中，作者從兩個猴面花物種（一個是由熊蜂授粉的Mimulus lewisii，另一個是由蜂鳥授粉的Mimulus verbenaceus）中鑑定到了一個作用於類胡蘿蔔素色素減少的位點RCP2。作者發現RCP2的功能缺失突變體會導致整個類胡蘿蔔素生物合成通路的劇烈下調。
  • 每日摘要:植物鈣離子通道活性調控機制(Developmental Cell)
    鈣是所有真核生物都具有的信號，但編碼鈣信號的分子機制在很大程度上都處於未知狀態。在開花植物中鈣振蕩控制花粉管的生長和植物受精作用，這是解析鈣波動分子調控機制的模式系統。作者在本文報導了花粉管特異性環核苷酸門控通道CNGC18、CNGC8和CNGC7與鈣調蛋白CaM2一起構成了一個分子開關，依賴於細胞內的鈣水平控制該通道的開啟或閉合。
  • 發現調控水稻穎殼細胞形態關鍵基因—新聞—科學網
    上海交通大學農業與生物學院教授薛紅衛課題組與中科院分子植物科學卓越創新中心合作研究鑑定了一個重要的微管調控蛋白OsIQD14，其通過影響微管動態變化進而調控穎殼細胞形態及種子形態
  • 每日摘要:植物正在發育中的韌皮部中BR感知的局部和系統性效應(Current Biology)
    of brassinosteroid perception in the phloem: whereas it locally antagonizes CLE45 signaling to permit phloem differentiation, it systemically instructs plant organ formation via a phloem-derived, non-cell-autonomous
  • 植物幹細胞發育調控關鍵機制被山東農大科研人員揭示
    PNAS | 山東農業大學張憲省團隊揭示植物幹細胞發育調控關鍵機制調控植物莖端分生組織發育的WUSCHEL(WUS)、SHOOTMERISTEMLESS (STM) 和CLAVATA3 (CLV3)三個關鍵因子已被國內外科學家發現20餘年，學術界對
  • 每日摘要:形成層單層幹細胞決定植物的徑向生長(Plant Physiology)
    Through pulse labeling and genetically encoded lineage tracing, we find that a single bifacial stem cell generates both xylem and phloem cell lineages.
  • 細胞生物學新貴—Cell reports
    最後，所有Cell Reports論文都將包括Cell Press出版社系列期刊中可用的增強特性，包括圖形摘要和高亮介紹，以及所有在線附加內容，如播客、音頻文件、視頻摘要等。1， 作者可以在線填寫一個表格發給編輯部，內容包括一個摘要加上這篇文章的意義，為什麼讀者會對這篇文章感興趣。2， 作者可以直接發郵件給編輯部郵箱 reports@cell.com ，同樣附上摘要和加上這篇文章的意義，為什麼讀者會對這篇文章感興趣。作者一般可在3-5個工作天內得到答覆。
  • Cell Rep:IKKe調控T細胞NFAT激活的分子機制
    2016年7月13日 訊 /生物谷BIOON/ --NFAT（Nuclear Factors of activated T cells）最初被發現是T細胞激活的關鍵調節因子。NFAT家族蛋白包含5個轉錄因子（NFATc1-NFATc4以及NFAT5）。它們擁有相似的結構域以及結構特徵。
  • Plant Cell:植物種子和器官大小調控機理
    植物種子和器官大小是重要的產量性狀，大小調控也是一個基本的發育生物學問題。然而，植物決定其種子和器官最終大小的分子機理目前並不清楚。為了揭示植物種子和器官大小調控的分子機理，中國科學院遺傳與發育生物學研究所李雲海研究組已在擬南芥中分離了一些大種子和器官的突變體da (DA是漢字「大」的意思)。其中，da1-1 突變體形成大的種子、器官和粗壯的植株。
  • 植物雌蕊頂端模式建成和功能特化的調控新機理
    Current Biology | 武漢大學孫蒙祥團隊揭示植物雌蕊頂端模式建成和功能特化的調控機理責編 | 奕梵然而，調控雌蕊頂端模式建成和功能特化的分子機理仍不清楚。發表了題為Three STIGMA AND STYLE STYLISTs pattern the fine architectures of apical gynoecium and are critical for male gametophyte-pistil interaction的研究論文，揭示了植物雌蕊頂端模式建成和功能特化的調控新機理
  • 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
    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。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）。
  • Plant Cell | 硫化氫調控植物細胞自噬的新機制
    硫化氫（Hydrogen sulfide，H2S）是目前公認的一種信號分子，在植物生長發育及逆境脅迫方面起著重要作用，包括細胞自噬和脫落酸（Abscisic已有研究表明H2S通過獨立於活性氧的方式負調節擬南芥細胞自噬，但其具體機制尚不清楚。
  • 光調控植物頂端彎鉤和子葉打開的分子機制被揭示
    Plant Cell | 鄧興旺課題組與合作者揭示光調控植物頂端彎鉤和子葉打開的分子機制來源 | 北京大學現代農學院雙子葉植物在黑暗的土壤中進行暗形態建成，具有一個頂端彎鉤和較小的閉合且黃化的子葉以保護脆弱的頂端分生組織在穿過土壤的過程中不受傷害；當幼苗穿出土壤見到光之後，頂端彎鉤內側細胞和子葉中的細胞會快速延展，促使頂端彎鉤和子葉迅速打開，以利於植物進行光合作用。
  • 植物所花瓣平行丟失的分子機制研究獲進展
    花瓣是被子植物吸引傳粉者的重要媒介，在形態和結構等方面呈現出多樣性。已有研究表明，花瓣由苞片或雄蕊多次獨立演化而來，但在不同分支中發生了丟失，導致多個無花瓣類群的獨立起源。然而，到目前為止，導致花瓣平行丟失和無花瓣類群獨立起源的分子機制尚不清楚。中國科學院植物研究所孔宏智研究組長期從事花和花器官起源和多樣化的分子機制研究。
  • Stem cell reports:科學家發現胚胎幹細胞向血管細胞分化的開關分子
    2015年7月1日訊 /生物谷BIOON/ --近日，來自美國的科學家發現了驅動胚胎幹細胞向內皮細胞成熟分化的一條分子機制，內皮細胞是可以形成血管的一類細胞，通過這一機制了解該分化過程對於幫助科學家們有效地將幹細胞誘導為內皮細胞用於組織修復具有重要意義
  • 每日摘要:耬鬥菜屬植物花蜜馬刺的調控因子POPOVICH(PNAS)
    POP plays a central role in regulating cell proliferation in the Aquilegia petal during the early phase (phase I) of spur development and also appears to be necessary for the subsequent development of