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研究揭示植物再生的伤口信号转导机制

来源:植物生理生态研究所 2019-05-01 15:23




强大的再生能力是植物适应严酷环境的生存技能之一。受伤离体的枝条或叶片掉落在湿润的土壤表面后,能够在伤口处快速再生不定根,顽强地生存下去。“受伤”是引发再生的原因,但是人们对伤口信号如何控制再生知之甚少。4月22日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所徐麟研究组在Nature Plants 杂志在线发表“Jasmonate-mediated wound signalling promotes plant regeneration”研究,揭示了植物再生的伤口信号转导机制。

拟南芥离体叶片可以在伤口处自发再生不定根,是研究伤口信号转导的有效再生体系。在伤口产生前,生长素合成通路重要基因ASA1的座位上被表观因子SDG8进行组蛋白H3K36位点甲基化修饰,使ASA1处于“待命”状态。伤口产生10分钟内,叶片快速积累茉莉素,并在2小时内开启“茉莉素-ERF109-ASA1”分子通路。ASA1被ERF109转录因子的快速激活依赖于组蛋白H3K36位点甲基化修饰。因此茉莉素作为一个脉冲式的伤口激素,通过一系列分子信号转导促进了叶片中生长素的积累;而高浓度生长素可以促进伤口处干细胞命运转变,形成根原基并发育成为不定根。茉莉素脉冲信号的关闭也很重要,过强的伤口信号会抑制根再生过程。产生伤口2小时后,茉莉素在离体叶片中消失,这导致JAZ蛋白积累并与ERF109蛋白形成复合体,抑制ERF109的转录因子活性,从而关闭了伤口信号转导。

虽然伤口对植物体产生了致命的影响,但它同时也是激活再生的信号。植物再生的伤口信号转导是新兴领域,目前对其认识仍然有限。伤口的作用不仅可以促进离体叶片产生生长素,也起着对生长素流物理阻断和影响再生干细胞重编程的功能。对伤口信号分子本质的研究将为植物再生技术(如扦插等)的改进提供线索。

张贵芳、赵飞和陈吕琴为论文并列第一作者,徐麟为通讯作者。这项研究由分子植物创新中心徐麟研究组和张一婧研究组、南通大学孙利军团队和鲍宁团队、美国佐治亚大学杨黎团队、中科院上海有机化学研究所邱早早等合作完成。研究得到基金委、中科院和植物分子遗传国家重点实验室项目的支持。(生物谷Bioon.com)
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