黎家教授團隊在根尖分生組織發育分子機制研究中取得重要進展

日期: 2020-09-11 閱讀: 來源:

近日,Molecular Plant在線發表了蘭州大學生命科學學院黎家 教授課題組題為“RGF1-RGI1, a peptide-receptor complex, regulates Arabidopsis root meristem development via a MAPK signaling cascade”的研究論文。該研究報道了根中重要的磺基化修飾的小肽RGF1與其受體RGIs通過一組MAPK級聯反應調控擬南芥根尖分生組織的發育。

根是高等植物的營養器官,對植物的生存至關重要。根不僅為植物提供支撐力和固著力,而且負責吸收植物生長發育所必需的水分和礦物質,同時對多變的生物或非生物信號做出特異的響應。黎家教授團隊長期致力于植物受體激酶(Receptor-like Protein Kinases)介導的細胞信號轉導途徑的研究,前期的研究表明一組受體激酶RGIs(RGF1 INSENSITIVEs)作為一種重要多肽激素根分生組織生長因子RGF1(Root Meristem Growth Factor 1)的受體,與潛在的共受體BAK1/SERKs共同感知胞外的配體,通過磷酸化的形式向下游傳遞和放大信號,最終影響了下游兩個AP2類的轉錄因子PLT1和PLT2的表達進而調控擬南芥根分生組織發育的過程。然而,細胞膜表面的受體與共受體是通過何種方式將信號傳遞到細胞核中一直是個未解之謎。

圖1 pRGI1::MKK4DD/MKK5DD能夠部分恢復rgi1,2,3,4,5五重缺失突變體的根發育缺陷表型及RGF1信號轉導通路的分子模型

為了揭示RGF1-RGI1信號轉導的分子機制,尋找介導RGF1-RGI1信號的關鍵成員,黎家課題組以RGI1超表達的植物為材料利用蛋白組學方法鑒定在施加配體RGF1多肽前后與RGI1有直接或間接相互作用的蛋白。比較發現RGF1多肽處理后特有的互作蛋白中有MAPK級聯反應成員MKK4和MPK3。已有的研究表明MAPK級聯反應參與多個受體激酶介導的細胞信號轉導過程,因此,課題組以RGI1介導的RGF1信號是否通過MAPK級聯反應途徑調控根分生組織的發育展開研究。研究結果表明:第一,用RGI1的啟動子驅動持續激活型的MKK4及其同源基因MKK5(MKK4DD或MKK5DD)可以部分恢復受體缺失突變體rgi1,2,3,4,5的根發育缺陷表型。mkk4 mkk5和mpk3 mpk6突變體表現出根分生組織發育缺陷的表型,并且對RGF1多肽的敏感性顯著降低,與受體缺失突變體表型相似。第二,遺傳結果證明YDA作為一個MPKKK位于MKK4/MKK5的上游介導RGF1-RGI1的信號。第三,RGF1多肽可以誘導MPK3和MPK6的磷酸化,并且誘導的磷酸化是依賴受體RGIs和MKK4/MKK5的。最后,在mkk4 mkk5雙重缺失突變體中,PLT1和PLT2的表達量發生顯著的下降,與PLT1和PLT2在受體缺失突變體rgi1,2,3,4,5中的表達趨勢一致。綜上所述,RGF1-RGI1配體-受體復合體通過YDA-MKK4/5-MPK3/6調控下游PLT1PLT2的表達,該研究使我們對植物根尖分生組織發育有了更加深入的了解,具有重要的學術意義和應用前景。

博士生陸曉婷為該論文的第一作者,已畢業博士史宏勇和三位青年教師歐洋、崔巖偉、常金科共同參與了此項研究,黎家教授作為通訊作者。相關工作得到國家自然科學基金、教育部和蘭州大學的支持。

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