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植物肽有助于根在正确的地方分枝

植物如何腾出根基?日本的一个研究小组已经确定了一种肽及其受体,它可以帮助侧根以正确的间距生长。该研究结果发表于2018年12月20日的在线版“发育细胞”。

植物肽有助于根在正确的地方分枝

该团队由Hidehiro Fukaki教授(神户大学理学研究科),研究员Koichi Toyokura(现为大阪大学JSPS研究员)和项目助理教授Tatsuaki Goh(现为奈良科学技术研究所助理教授)领导。与Yoshikatsu Matsubayashi教授和筱原秀文助理教授(均来自名古屋大学)和奈良科学技术研究所的其他研究人员,Fujichi Koichi教授(大阪大学)和助理教授Yuki Kondo(东京大学)合作。

植物根系主要由从根部内的组织生长的侧根形成。这些根源自“侧根构建体细胞”,其以与分生组织(负责生长的组织)相距一定距离的规则间隔定位。先前使用拟南芥植物的研究表明,侧根构建体细胞是由对化学生长素具有高响应的位点制成的,并且表明由生长素诱导的转录因子LBD16可以抑制侧根构建体细胞附近的细胞形成根。

这次,使用植物模型拟南芥的联合研究小组搜索了由转录因子LBD16激活的基因并成功鉴定了TOLS2基因。TOLS2基因主要在侧根发生细胞和根细菌中表达。在过表达TOLS2的拟南芥植物中,侧根的数量减少,表明TOLS2基因可以抑制侧根构建体细胞的形成。研究小组分析了TOLS2过表达植物的分泌物,发现成熟的TOLS2肽由11个氨基酸组成。当他们人工创造成熟的TOLS2肽并将其添加到野生型拟南芥中时,侧根构建体细胞和侧根的数量减少。

在进一步调查的基础上,研究小组将TOLS2受体鉴定为RLK7。RLK7蛋白在根的内鞘(侧根发生细胞所在的位置),内胚层和真皮层中表达,但在侧根发生细胞中未发现RLK7表达。这些蛋白质可能抑制与侧根构建体细胞相邻的细胞中侧根的形成。

接下来,使用CRISPR / Cas9基因组编辑技术,该团队研究了侧根如何在其他遗传改变的植物样本中形成。他们的结果证实,TOLS2肽和RLK7受体是保持侧根发生器细胞之间正确间距所必需的。根据该分析,研究小组提出拟南芥通过响应生长素并在侧根发生器细胞中诱导TOLS2肽,通过RLK7受体以非细胞自主方式抑制附近的侧根建立者细胞。

Fukaki教授评论说:“如果在拟南芥中澄清了基于TOLS2肽的抑制附近侧根创始细胞的机制,这将有助于我们了解其他植物如作物和树木的根系形成机制。如果其他植物含有肽,那么实现与TOLS2肽相同的功能,我们可以利用这种机制人为地控制作物和树木的根系形成模式。“

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