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丁兆軍教授團隊揭示生長素信號調控根尖干細胞穩態的新機制
作者:呂丙盛   時間:2019-10-19   點擊數:

生長素在植物生長發育及環境響應中發揮重要調節作用。生長素通過和受體TIR1/AFBs直接結合促進其與下游生長素抑制蛋白AUX/IAA之間的互作及降解,從而解除生長素響應因子ARFs的被抑制狀態,啟動下游基因的表達,實現生長素信號的傳遞【1】。擬南芥基因組編碼29個AUX/IAA蛋白,其中大部分具有經典的4個功能結構域,分別參與轉錄抑制、與受體的結合及介導AUX/IAA和ARF之間蛋白互作,從而參與生長素信號的傳遞【2】。但是IAA30-34因為沒有經典的保守結構域I和II,缺少與TIR1受體蛋白的互作,屬于非經典AUX/IAA。這類非經典AUX/IAA是否也能參與生長素信號傳導,以及生長素對這類非經典AUX/IAA的調控是否有特別之處?前期研究的不多。

生命科學學院丁兆軍教授課題組的前期研究發現,一個非經典AUX/IAA蛋白—IAA33的缺失能夠造成擬南芥根尖干細胞發生紊亂。那么,IAA33是否能夠參與生長素信號的響應以及其分子調控機制又是什么呢?近日,該課題組在The EMBO Journal在線發表了一篇題為Non-canonical AUX/IAA protein IAA33 competes with canonical AUX/IAA repressor IAA5 to negatively regulate auxin signaling的研究論文,很好的解答了上述科學問題。

該研究發現,IAA33能夠負調控生長素的響應,并且參與根尖干細胞穩態的維持。前期已有的研究表明,ARF10和ARF16在維持根尖干細胞穩態中具有重要作用【3】。該研究進一步發現,IAA33能夠競爭經典的IAA5與ARF10/16的互作,進而釋放ARF10/16的轉錄活性(因為IAA33缺失抑制domain I),從而參與生長素信號的傳遞及根尖干細胞的調控。另外,該研究還發現,與經典AUX/IAA(比如IAA5)相反,生長素能夠誘導IAA33蛋白的積累,而且該過程還受MPK14激酶的調控。生長素能夠激活MPK14的激酶活性,通過磷酸化IAA33進而穩定IAA33蛋白。

綜上所述,本研究揭示了IAA33介導生長素信號調控根尖干細胞穩態的分子機制。生長素通過MPK14磷酸化調控IAA33蛋白的穩定性。同時,IAA33通過與IAA5競爭互作ARF10/16進而釋放ARF10/16的轉錄活性,從而參與調控根尖干細胞的維持。本研究揭示了非經典AUX/IAA介導生長素信號調控根尖干細胞穩態的分子機制,為進一步完善生長素調控根尖干細胞調控網絡提供了重要理論依據。

圖:IAA33介導生長素信號調控根尖干細胞穩態

該工作由山東大學丁兆軍教授團隊,山東農業大學張憲省教授,比利時根特大學Ive De Smet教授和聊城大學于倩倩博士合作完成。丁兆軍教授為該論文的通訊作者;山東大學博士后呂丙盛博士,已畢業博士于倩倩博士和博士研究生劉佳佳為該論文的共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金,國家重點基礎研究發展規劃項目(973計劃項目),山東省重大基礎研究項目和中國博士后科學基金特別資助項目的資助。

丁兆軍教授主要研究植物激素如何調控根的可塑性生長發育。近5年來,先后以通訊作者在Plant Cell, EMBO Reports,Cell Reports, Molecular Plant, PLOS Genetics,Trends in Biotechnology , Trends in Plant Science, Plant Physiology, Plant Journal等國際主流期刊發表近30篇論文。

參考文獻:
1. Peer, W.A., From perception to attenuation: auxin signalling and responses. Curr Opin Plant Biol, 2013. 16(5): p. 561-8.
2. Weijers, D. and D. Wagner, Transcriptional Responses to the Auxin Hormone. Annu Rev Plant Biol, 2016. 67: p. 539-74.
3. Ding, Z. and J. Friml, Auxin regulates distal stem cell differentiation in Arabidopsis roots. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010. 107(26): p. 12046-51.

 

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