黎家教授团队在根尖分生组织发育分子机制研究中取得重要进展

日期: 2020-09-11 阅读: 来源:

近日,Molecular Plant在线发表了金沙国际黎家 教授课题组题为“RGF1-RGI1, a peptide-receptor complex, regulates Arabidopsis root meristem development via a MAPK signaling cascade”的研究论文。该研究报道了根中重要的磺基化修饰的小肽RGF1与其受体RGIs通过一组MAPK级联反应调控拟南芥根尖分生组织的发育。

根是高等植物的营养器官,对植物的生存至关重要。根不仅为植物提供支撑力和固着力,而且负责吸收植物生长发育所必需的水分和矿物质,同时对多变的生物或非生物信号做出特异的响应。黎家教授团队长期致力于植物受体激酶(Receptor-like Protein Kinases)介导的细胞信号转导途径的研究,前期的研究表明一组受体激酶RGIs(RGF1 INSENSITIVEs)作为一种重要多肽激素根分生组织生长因子RGF1(Root Meristem Growth Factor 1)的受体,与潜在的共受体BAK1/SERKs共同感知胞外的配体,通过磷酸化的形式向下游传递和放大信号,最终影响了下游两个AP2类的转录因子PLT1和PLT2的表达进而调控拟南芥根分生组织发育的过程。然而,细胞膜表面的受体与共受体是通过何种方式将信号传递到细胞核中一直是个未解之谜。

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图1 pRGI1::MKK4DD/MKK5DD能够部分恢复rgi1,2,3,4,5五重缺失突变体的根发育缺陷表型及RGF1信号转导通路的分子模型

为了揭示RGF1-RGI1信号转导的分子机制,寻找介导RGF1-RGI1信号的关键成员,黎家课题组以RGI1超表达的植物为材料利用蛋白组学方法鉴定在施加配体RGF1多肽前后与RGI1有直接或间接相互作用的蛋白。比较发现RGF1多肽处理后特有的互作蛋白中有MAPK级联反应成员MKK4和MPK3。已有的研究表明MAPK级联反应参与多个受体激酶介导的细胞信号转导过程,因此,课题组以RGI1介导的RGF1信号是否通过MAPK级联反应途径调控根分生组织的发育展开研究。研究结果表明:第一,用RGI1的启动子驱动持续激活型的MKK4及其同源基因MKK5(MKK4DD或MKK5DD)可以部分恢复受体缺失突变体rgi1,2,3,4,5的根发育缺陷表型。mkk4 mkk5和mpk3 mpk6突变体表现出根分生组织发育缺陷的表型,并且对RGF1多肽的敏感性显著降低,与受体缺失突变体表型相似。第二,遗传结果证明YDA作为一个MPKKK位于MKK4/MKK5的上游介导RGF1-RGI1的信号。第三,RGF1多肽可以诱导MPK3和MPK6的磷酸化,并且诱导的磷酸化是依赖受体RGIs和MKK4/MKK5的。最后,在mkk4 mkk5双重缺失突变体中,PLT1和PLT2的表达量发生显著的下降,与PLT1和PLT2在受体缺失突变体rgi1,2,3,4,5中的表达趋势一致。综上所述,RGF1-RGI1配体-受体复合体通过YDA-MKK4/5-MPK3/6调控下游PLT1PLT2的表达,该研究使我们对植物根尖分生组织发育有了更加深入的了解,具有重要的学术意义和应用前景。

博士生陆晓婷为该论文的第一作者,已毕业博士史宏勇和三位青年教师欧洋、崔岩伟、常金科共同参与了此项研究,黎家教授作为通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金、教育部和金沙国际唯一官网的支持。

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