【Mol Plant】韩国浦项科技大学揭示LBD11-ROS负反馈回路调控维管形成层细胞增殖的分子机制

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者SCI Shi

2023年6月1日，Molecular Plant在线发表了韩国浦项科技大学Ildoo Hwang团队及其合作者题为“The LBD11-ROS feedback regulatory loop modulates vascular cambium proliferation and secondary growth in Arabidopsis”的研究论文。该研究证明了活性氧ROS水平与转录因子LBD11在维持维管形成层细胞活性方面的直接联系，LBD11通过激活ROS关键代谢基因的转录在形成层中产生局部ROS最大值，进而促进形成层细胞的增殖；同时，较高的ROS水平会负反馈抑制LBD11表达，从而维持形成层细胞增殖的平衡。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.05.010

维管形成层（vascular cambium）是韧皮部和木质部的来源；维管组织为植物各部分运输资源并提供机械支持，是作物改良的理想目标。维管形成层可通过植物结构的重新配置来响应生长发育和环境刺激。维管形成层的活性受到各种信号的精确控制，包括多介植物激素信号通路、小肽和调控因子；比如TDIF小肽及其PXY/TDR受体、WOX4和WOX14、生长素相关的MP和ARF5以及细胞分裂素相关的ARR7和ARR15等。然而，维管形成层是如何增殖的，仍有很多未知之处。

Figure 1. LBD11的表达对ROS水平高度敏感

环境刺激会迅速诱发ROS波，并在整个维管系统中传播以触发全身性信号反应。该研究发现，LBD11的表达在ROS突变体中显著增强，加上LBD11可在愈伤组织中调节细胞增殖；表明ROS-LBD11模块可能参与了维管形成层的维持（Figure 1）。

与野生型植物相比，lbd11突变体在维管束中的形成层细胞较少，束间形成层衍生组织（intefascicular cambium-derived tissues， ICD）宽度和下胚轴直径下降，暗示了径向生长的减少。与之相反，LBD11过表达株系（35Spro:LBD11-HA）的形成层细胞数量、ICD宽度和下胚轴直径显著增加。通过检测氧化还原动态与形成层增殖的关系，以及LBD11的表达，该研究发现LBD11通过响应氧化还原的变化来调节维管形成层的活性；表明ROS处于LBD11的上游（Figure 2）。

Figure 2. LBD11可协调细胞氧化还原状态和维管形成层活性

利用RNA-seq比较野生型、lbd11突变体和LBD11过表达株中的差异性基因表达，该研究发现LBD11可调控ROS关键代谢基因的转录，包括PRX71、RBOHD和 RBOHF等。利用ChIP-qPCR，研究人员进一步证实，LBD11可与PRX71、RBOHD和RBOHF的启动子直接相互作用；表明LBD11和ROS之间存在反馈调节途径，LBD11可通过调控ROS关键代谢基因和ROS产生来控制形成层的细胞增殖（Figure 3）。

Figure 3. LBD11可调控ROS关键代谢基因的转录

ROS稳态包括ROS的产生和抗氧化系统对ROS的清除；该研究发现，LBD11控制了特定形成层中O2•−的分布，以维持适当的氧化还原状态从而定义植物维管形成层的活性。

基于以上结果，研究人员揭示了LBD11和ROS调控形成层细胞增殖的一种负反馈调节机制：LBD11通过调节ROS关键代谢基因的转录促进ROS的产生，从而促进维管形成层细胞的增殖；反过来，较高的ROS水平会抑制LBD11的表达并促进维管形成层细胞的分化；该负反馈回路维持了维管形成层的特异性氧化还原稳态，从而维持维管形成层细胞增殖的平衡（Figure 4）。

转自：“iPlants”微信公众号

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