油菜素内酯和TPD1信号通路在拟南芥花药裂片形成过程中发挥冗余调控作用

《Current Biology》：Brassinosteroid and TPD1 signaling pathways redundantly control anther lobe formation in Arabidopsis thaliana

　　

要点总结

•

BR与TPD1信号通路以冗余方式调控花药小叶的形成

•

在花药发育的早期阶段，BRI1和EMS1会表达出来

•

在花药发育的4–6阶段，DWF4的表达量会急剧下降

•

BR的缺失很可能决定了绒毡层发育过程中TPD1的功能特异性

摘要

受体样激酶EXCESS MICROSPOROCYTES1（EMS1）和BRASSINOSTEROID INSENSITIVE1（BRI1）家族成员拥有最近的共同祖先，它们分别能感知肽类配体TPD1以及植物激素油菜素内酯（BRs），进而激活相同的下游BRI1 EMS SUPPRESSOR1（BES1)/BRASSINAZOLE RESISTANT1（BZR1）转录因子家族。不过目前仅明确了它们各自的典型功能。TPD1能够维持绒毡层的发育，但对植物的整体生长并非必需；而BRs则可以调控植物的整体生长，却不会影响绒毡层的发育。这就引发了某种根本性的进化矛盾：即逐步的生化差异与跳跃式的生物多样性发展。在本研究中，我们发现了TPD1和BR信号通路在调控花药早期小叶形成过程中还存在一种未被认识到的冗余作用。当这两条通路同时被破坏时，就会出现无小叶的花药缺陷，这一表现与整个BES1/BZR1家族功能丧失的情况相似；而仅破坏其中一条通路则不会引发此类缺陷。有趣的是，我们发现绒毡层发育过程中的通路特异性是由配体的时空动态变化所决定的。在绒毡层开始发育时，负责调控BR合成的关键酶DWF4的表达量会急剧下降，而TPD1的表达则保持稳定。相应地，外源施加油菜素内酯或引入具有独立功能的BRI1，都能修复ems1突变体以及双通路缺陷突变体中的绒毡层发育缺陷。我们的研究结果为生化差异与生物多样性的逐步演化提供了解释，同时也有望推动人们进一步研究其他多种受体样激酶在不同层面的功能差异。

图形摘要