根尖分生组织(RAM)维持着根系的持续发育,这一过程由一系列整合了内部和外部信号的生物过程精密协调。本文提供了证据表明,SMALL ORGAN 2(SMO2)基因对于维持RAM的功能至关重要。SMO2的缺失会导致干细胞微环境(SCN)的紊乱以及RAM中死亡细胞的出现,且这种现象与DNA损伤无关。此外,在化学诱导的损伤、根尖切除或整个根系被移除后,smo2突变体的再生能力明显低于野生型植物。从机制上讲,SMO2参与18S rRNA在G1581位的甲基化过程,这一过程可能与smo2突变体中异常的核糖体组成有关。进一步分析显示,SMO2的缺失显著降低了参与极性生长素运输的基因的翻译效率,从而减少了RAM中的生长素积累。令人惊讶的是,额外删除编码核糖体应激诱导发育适应性转录因子的ANAC082基因后,smo2突变体中紊乱的SCN和细胞死亡现象得到了有效恢复。综上所述,我们的研究结果表明,SMO2介导的翻译调控在根尖生长素积累中起着重要作用。这一过程对于维持RAM的活性至关重要,smo2突变体中根尖结构的紊乱进一步证实了这一点。值得注意的是,这种表型现象的产生在机制上依赖于ANAC082基因。
部分内容摘录
引言
根系的发育依赖于根尖分生组织(RAM)中新细胞的持续产生,该区域由频繁分裂的分生细胞、干细胞和静止中心(QC)组成。静止中心作为干细胞微环境(SCN)的信号中心,负责为根系提供多种类型的细胞(Scheres, 2007; Dinneny and Benfey, 2008),同时抑制外围干细胞的分化(van den Berg et al., 1997)。
植物材料与生长条件
本研究中使用Columbia(Col-0)作为野生型(WT)。smo2、atr2、atm2、sog1-10和wee1突变体之前已有报道(Hu et al., 2010; Hu et al., 2015; Guo et al., 2023)。anac082-2(GABI_282H08)T-DNA插入突变体的种子购自NASC(https://arabidopsis.info)。对于4周龄植物的形态分析,实验在16小时光照/8小时黑暗周期、22°C的条件下进行。对于遗传毒性处理,使用6天大的幼苗。
smo2突变体中RAM的紊乱
small organ 2(smo2)突变体表现出明显的根系缺陷,表现为主根长度和RAM大小的减少(Hu et al., 2010)。鉴于SCN动态与分生组织稳态之间的密切关系(Della Rovere et al., 2013; Burkart et al., 2022),我们推测SMO2介导的调控网络控制着RAM的空间组织。
最近的研究发现,SMO2是一种此前未被发现的植物核糖体生物发生调控因子,它通过稳定RID2蛋白水平来确保器官形态发生过程中的核糖体正确组装(Guo et al., 2023)。本文表明,SMO2的缺失会导致SCN的紊乱、SCN调控因子蛋白水平显著下降、RAM中出现死亡细胞以及根系再生能力减弱(图1和图2)。后续研究进一步证实了这一结论。