中科院李传友实验室植物干细胞研究取成果

　　

    生物通报道  全能干细胞能够让植物在整个生命周期中产生新的器官，是植物生长发育的源泉和信号调控中心，但是到目前为止，人们对于干细胞组织中心建立和维持的机制仍然知之甚少。现在来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的李传友课题小组发现了一个在植物根尖干细胞维持中起重要作用的基因，这一发现是植物干细胞研究上取得的一个重要进展。研究结果于2010年11月3日作为封面文章发表于国际著名杂志The Plant Cell上。

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    和动物不同，高等植物只能固着生长的特点决定了其能够根据复杂的环境条件不断地调整器官的发生和发育进程。植物生长发育的这种可塑性是由于在茎尖和根尖生长点分生组织中央有一个具有持续分裂能力和分化功能的干细胞组织结构。这些干细胞伴随着植物的一生，它们的分化不仅产生了所有的地上和地下器官，而且会根据内外环境信号来决定器官的发生、生殖生长、成熟和衰老等生物学过程。因此植物干细胞是生长发育的源泉和信号调控中心。
　　
    在根尖生长点中，生长素的极性运输和局部合成促成了在干细胞组织中心（即静止中心）部位形成所谓“生长素积累高峰”，对于干细胞组织中心的建立和维持起至关重要的作用。在生长素信号通路中控制根尖干细胞活跃状态的关键分子元件是被称为干细胞转录因子的PLT 蛋白，但对于生长素和PLT之间的联系机制所知甚少。

    李传友研究组通过遗传筛选获得了一个根尖干细胞维持发生缺陷的拟南芥突变体命名为“活跃静止中心”，结合分子遗传学、细胞生物学和生物化学等手段鉴定了在植物根尖干细胞维持中起重要作用的基因TPST。TPST基因编码一个酪氨酸硫基转移酶(Tyrosylprotein Sulfotransferase)，特异性地在酪氨酸基团对蛋白质进行硫基化修饰。酪氨酸硫基转移酶所介导的蛋白质硫基化修饰在动物生长发育和许多病理过程中起重要作用，在植物中调控根尖根细胞维持是首次报道。功能研究表明TPST和生长素之间存在非常精细的反馈调控关系：生长素在转录和蛋白质水平上调控TPST的表达，而TPST突变影响了生长素在根尖生长点部位的极性运输、局部合成和局部浓度梯度的形成。重要的是，该研究发现TPST的突变导致了根尖干细胞转录因子PLT在转录和蛋白质表达水平的降低，而过表达PLT可以有效恢复“活跃静止中心”突变体的干细胞缺陷。这项研究表明TPST所介导的蛋白质硫基化是植物激素生长素和干细胞转录因子PLT之间的联系纽带，也证明以前未引起人们重视的蛋白质硫基化修饰在植物生长发育中起非常重要的作用。
 
（生物通：何嫱）

作者简介
李传友
博士，研究员，博士生导师

1991年山东农业大学学士；1994年山东农业大学硕士；1999年中国科学院遗传研究所博士。1999年至2003年，MSU-DOE Plant Research Laboratory博士后。2003年中国科学院“****”入选者，2004年国家杰出青年科学基金获得者。

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研究方向：植物激素茉莉酸的生理功能及其作用机理
1.以番茄为模式系统研究植物对昆虫抗性反应的分子机理
以番茄为模式系统，以经典的蛋白酶抑制剂为抗性标记基因，通过筛选抗性缺失突变体鉴定并分离植物对昆虫的抗性反应信号传导途径中的重要基因。目前已筛选到的番茄突变体主要分为两类：一类对系统素的识别发生了缺陷；另一类是JA的生物合成或信号传导发生了缺陷。采用图位克隆的方法成功地从番茄基因组中分离了控制JA合成的两个基因Spr2和JL1，目前正在进行生物学功能的研究。以茉莉酸合成突变体spr2和茉莉酸识别突变体jai1为材料，采用嫁接实验证明，在植物系统性抗性反应中进行长距离运输的信号分子是JA而不是传统认为的系统素，系统素的作用在于调控JA的生物合成。这是对本领域现有工作模型的重要修正。过量表达系统素前体基因（Prosystemin）的转基因番茄（35S::PS）组成型地表达高水平的抗性相关蛋白，表明在35S::PS植物中受伤反应始终处于开启的状态。目前我们正在以35S::PS为基础材料大规模筛选系统素/茉莉酸途径的抑制子突变。对更多突变体的表型分析、相应基因的分离和功能研究将会为最终阐明植物对昆虫抗性反应的遗传机理奠定基础。在此基础上通过对抗性信号传导途径中关键基因的遗传工程操作提高植物对昆虫的抗性。该项研究的长远目标是建立一种依靠植物自身的抗性因而是对环境友好的、可持续的控制农业害虫的策略。
2.以拟南芥为模式研究茉莉酸与其它激素互作调控生长发育和抗逆反应的分子机制
茉莉酸在植物的生长发育和抗逆反应两个方面都具有重要调控作用。大量研究表明茉莉酸的这些生理功能是通过与其它植物激素的相互作用实现的。我们以拟南芥为模式研究茉莉酸与其它激素互作协调植物的生长发育和抗性反应的分子基础。