福建农林大学最新发表Nature文章

【字体: 时间:2019年04月09日 来源:生物通

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  生长素作为植物最重要的激素之一调控了复杂的植物发育过程。不同浓度的生长素对植物的调控完全不同,但其浓度效应的作用机制目前尚不清楚。

  

生长素作为植物最重要的激素之一调控了复杂的植物发育过程。不同浓度的生长素对植物的调控完全不同,但其浓度效应的作用机制目前尚不清楚。

来自福建农林大学海峡联合研究院园艺中心,中科院上海逆境生物学研究中心徐通达教授课题组发表了题为“TMK1-mediated auxin signalling regulates differential growth of the apical hook”的文章,报道了植物类受体蛋白激酶Transmembrane Kinase 1(TMK1)介导的生长素信号途径调控植物差异性生长的分子机制。

这一研究成果公布在4月3日的Nature杂志上,文章的通讯作者为徐通达教授,第一作者为曹珉,陈蓉和李盼。

此前,研究人员利用双子叶植物的顶端弯钩作为模型去研究内外侧不同生长素浓度如何导致差异性生长。顶端弯钩对于双子叶植物种子在土壤中顺利萌发起着至关重要的作用,它的形成使得植物在出土过程中由弯钩处的下胚轴优先接触土壤,巧妙地保护了子叶与顶端分生组织不受土壤机械摩擦的损害。之前的研究表明生长素的不对称分布对顶端弯钩的形成和维持至关重要,但生长素是如何激活顶端弯钩处两侧的生长素信号通路,导致两侧细胞不对称生长的,相关研究仍然不清楚。

前期研究已经建立了生长素在细胞核内完整的信号通路,生长素通过被其受体TIR1家族蛋白感知后,能够促进其下游转录抑制子IAA蛋白的泛素化降解,从而激活转录因子ARF来调控基因表达。该信号通路在生长素的功能调控起着至关重要的作用,然而单一生长素信号信号通路并不能所有生长素相关的问题。

前期研究报道膜受体偶联激酶TMK家族蛋白也参与生长素对于植物细胞水平调控的信号传递。徐通达课题组最新发现植物该类受体蛋白激酶家族成员之一TMK1介导了生长素对于顶端弯钩发育的调控。在顶端弯钩维持阶段,其内侧细胞的高浓度生长素能促进TMK1剪切形成TMK1C末端片段并从细胞膜转运到细胞质和细胞核内,进而调控下游通路。

通过探索,研究人员发现剪切后的TMK1C特异地和两个非经典Aux/IAA家族转录抑制子,IAA32和IAA34互作并磷酸化IAA蛋白。Aux/IAA蛋白是受到生长素细胞核内受体TIR1调控,并被TIR1介导的泛素化途径所降解。有意思的是与TMK1C互作的IAA32/34并不具有于TIR1互作的结构区域,因此不能被TIR1所调控,这意味着TIR1-介导的生长素信号途径和TMK1-介导的生长素途径通过选择不同IAA蛋白来区分下游信号途径。

更有意思的是,与之前报道的TIR1/AFB介导的生长素对于Aux/IAA蛋白泛素化降解过程相反,生长素通过TMK1剪切后形成的TMK1C来稳定IAA32和IAA34蛋白,最终依然通过ARF转录因子来调控基因表达,在生长素聚集的地方抑制细胞生长,从而导致顶端弯钩内外侧的差异性生长。

该项研究阐明了一条新的生长素-TMK1-IAA32/34信号通路,一方面揭示了生长素通过TMK蛋白剪切的方式从细胞膜向细胞质和细胞核传递信号的新模式,另一方面揭示了生长素通过非典型IAA蛋白调控植物生长发育的分子机制。该信号通路解释了局部高浓度生长素抑制生长的分子机制从而解释了顶端弯钩维持阶段内外侧差异性生长的调控机制。该工作为生长素信号通路的研究开拓了新的思路,拓展了新的方向。

原文标题:

TMK1-mediated auxin signalling regulates differential growth of the apical hook

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1069-7




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