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CMP中心揭示RAB8D维持植物主根发育新机制
发布时间:2020-12-07

       植物根的生长及发育需要根尖部位的干细胞龛(stem cell niche)持续提供不同类型的细胞。根尖干细胞龛由几个分裂相对静止的细胞(也称为静止中心QC)及包围它们的干细胞组成。近日,植物学经典学术期刊《The Plant Journal》在线发表了来自我院CMP技术研究中心的题为“RAB GTPASE HOMOLOG 8D is required for maintenance of both the root stem cell niche and meristem”的论文。该研究发现,敲低一个名为RAB GTPASE HOMOLOG 8D (RAB8D)的基因,不仅使植株主根发育严重迟缓,生长素响应能力下降,还使植株根尖干细胞及其子细胞发生程序性死亡以及静止中心细胞分裂。该研究为揭示植物根系生长发育分子机制提供了新的视角,为作物根系改良提供了基础研究支撑。


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       该研究发现,RAB8D编码的蛋白可在质体中与调控质体蛋白稳态的GUN1蛋白发生互作。GUN1蛋白周转速率在rab8d突变体中显著降低。在rab8d中敲除GUN1基因虽可抑制根尖干细胞死亡,但随后的主根结构却严重受损,说明GUN1在维持rab8d突变体主根发育过程中发挥重要作用。利用RNA-seq进一步发现,敲低RAB8D可使一个编码细胞周期蛋白激酶抑制子SMR5的基因上调。在正常植株中,SMR5仅在根尖小螺旋柱细胞中微弱表达。然而,在rab8d突变体中,SMR5的表达在根尖分生组织中显著积累。在rab8d中进一步敲除SMR5,可明显恢复rab8d主根发育迟缓的表型。研究还发现,ATM-SOG1信号通路介导rab8d突变体中SMR5基因的过量表达。在rab8d中敲除ATM和SOG1,得到了与敲除SMR5相似的表型。上述结果说明被激活的ATM信号通路是抑制rab8d主根发育的重要因素。此外,介导损伤响应及QC分裂的ERF115基因表达在rab8d中显著上调。通过在rab8d突变体中阻滞ERF115的表达,能够使 QC分裂速率显著下降,进一步说明rab8d突变体中QC分裂依赖于ERF115。

       综上,本论文研究人员全方位分析了敲低RAB8D引起主根发育异常的原因,不仅明确了RAB8D在维持主根发育过程中的重要作用,还挖掘出GUN1及ATM信号通路在调控植物主根发育过程中潜在的新功能。


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       本研究论文于2020年12月1日在线发表(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15106),亦是我院首次以第一单位在《The Plant Journal》上发表论文,标志着我院基础研究的新突破。院CMP技术研究中心的李膨呈博士为本论文的第一作者兼通讯作者,课题组王兴军研究员为共同通讯作者。课题组赵传志博士,山东师范大学生科院马长乐教授及硕士生马俊杰、孙雪萍也参与了研究。本研究得到了国家自然科学基金、山东泰山学者工程及山东省农科院创新工程的支持。


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