我科學(xué)家《植物細(xì)胞》發(fā)表封面文章

植物的根越多、越長，吸收水分和養(yǎng)分就越多，但究竟是誰在左右植物的根系生長？近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李廈教授團(tuán)隊(duì)在生物學(xué)領(lǐng)域國際頂級刊物《植物細(xì)胞》發(fā)表封面文章，揭示植物根尖分生區(qū)發(fā)育過程中PLT1的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，為深入解析植物核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與的信號途徑提供了新線索。

根系長短影響著植物與周圍環(huán)境的接觸面積。一般根越多、越長，則吸收的水分和養(yǎng)分就越多，植物就會(huì)長得更好一些。植物根的生長具有極強(qiáng)的可調(diào)控性，其生長主要依賴于根尖。根尖分成根冠、分生區(qū)、伸長區(qū)和成熟區(qū)，其中伸長區(qū)是根生長最快的部位，而伸長區(qū)的細(xì)胞來自分生區(qū)，也就是根尖分生區(qū)干細(xì)胞通過不斷分裂分化來保證根的持續(xù)生長。

已有研究表明，轉(zhuǎn)錄因子（轉(zhuǎn)錄因子是細(xì)胞的蛋白質(zhì)哨兵,它決定了DNA中眾多基因中的某些特定基因表達(dá)）PLT1對根尖分生區(qū)干細(xì)胞分裂分化起到了關(guān)鍵作用。在根尖的不同部位，存在不同濃度梯度的PLT1。高濃度的PLT1抑制細(xì)胞分裂，維持根端干細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)；分生區(qū)中間濃度的PLT1促進(jìn)細(xì)胞分裂；低濃度的PLT1促進(jìn)細(xì)胞分化。但對于植物根尖不同區(qū)域建立和維持穩(wěn)定的PLT1濃度機(jī)制并不清楚。

李廈團(tuán)隊(duì)對根尖分生區(qū)干細(xì)胞分裂分化機(jī)制研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，將其命名為JANUS。他們的研究結(jié)果表明，JANUS可以吸引根尖分生區(qū)干細(xì)胞中的核糖核酸聚合酶II（RNA聚合酶II）結(jié)合到PLT1基因啟動(dòng)子上，促進(jìn)PLT1基因從脫氧核糖核酸（DNA）上合成信使核糖核酸（mRNA），也就是PLT1通過基因轉(zhuǎn)錄過程，最終可影響根尖區(qū)不同區(qū)域的PLT1的蛋白濃度。

通過互作蛋白篩選及結(jié)構(gòu)域分析，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)生長調(diào)控因子（GIFs）可以通過與根尖分生區(qū)干細(xì)胞中的RNA聚合酶II競爭結(jié)合，以削弱JANUS對PLT1基因轉(zhuǎn)錄的促進(jìn)作用，從而抑制PLT1基因轉(zhuǎn)錄。而JANUS和GIFs這兩種調(diào)控因子對根尖分生區(qū)干細(xì)胞PLT1基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，都依賴于核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白IMB4（可以識別需要進(jìn)入細(xì)胞核的蛋白，將其運(yùn)進(jìn)核內(nèi)）。

該研究成果揭示了調(diào)控植物根尖分生區(qū)細(xì)胞中關(guān)鍵基因PLT1的調(diào)控因子和作用機(jī)制，為研究人員進(jìn)一步了解根的生長調(diào)控機(jī)制提供重要線索，也可以為培育節(jié)水節(jié)肥農(nóng)作物品種提供分子水平的依據(jù)。