最新研究证实生长素信号对于器官发生的至关重要性

以下文章来源于AraShare ，作者AraShare

陆地植物的共同祖先大约在4.5亿年前从藻类进化而来，并获得具有实质细胞的三维（3D）体结构，有助于它们在陆地环境中生存。另外，这些祖先植物还建立了由植物激素介导的胞间通讯机制。其中，生长素被认为是一种形态发生素，其定位和浓度梯度对于胚形态、器官定向和向重力性等发育过程均十分重要。生长素信号通路由蛋白受体TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1/AUXIN SIGNALING F-BOX (TIR1/AFB)感知生长素介导，TIR1/AFB属于F-box蛋白，与生长素结合后促进泛素化调节共受体AUXIN/INDOLE-3-ACETIC ACID (AUX/IAA)蛋白的降解，从而解除对是生长素响应因子（ARF）转录活性的抑制，促进生长素响应基因的表达。

在拟南芥等开花植物中，TIR1/AFBs完全缺失导致分裂模式紊乱和细胞分裂延迟，并由此抑制胚胎发生并出现胚胎致死。尽管如此，TIR1介导的生长素感知对于细胞存活的必要性是否也在苔藓植物中普遍存在仍不清楚。

2022年12月19日，The Plant Cell在线发表了京都大学生命科学研究科Takayuki Kohchi教授团队题为“Auxin signaling is essential for organogenesis but not for cell survival in the liverwort Marchantia polymorpha”的研究论文，东京理科大学Ryuichi Nishihama教授为本文共同通讯作者。该研究指出在苔藓植物地钱中，生长素信号对于器官发生而非细胞存活的重要性。

本研究以苔藓类植物地钱（liverwort Marchantia polymorpha）为研究对象，其拥有一组最小的生长素信号系统，仅包含单个TIR1/AFB和AUX/IAA同源物MpTIR1、MpIAA。通过遗传、生化和转录组数据分析证实，MpTIR1是在进化上功能保守的生长素受体。MpTIR1无效突变体以及条件性基因敲除突变体均能存活，但不能形成任何器官，并以细胞团块形式生长。利用不用发育阶段的转录组数据进行主成分分析发现，MpTIR1参与了从孢子到组织叶状体的发育转变，在此过程中建立了包含干细胞的顶端缺口。在Mptir1细胞中，干细胞和分化相关基因分别显示上调和下调。综上结果表明，生长素信号对于细胞存活可有可无，但对单倍体苔藓植物地钱的器官形成至关重要。

图1. MpTIR1作为生长素受体编码基因的遗产证据

图2. MpTIR1在建立植物体轴中的生理功能

最后，该研究指出，陆地植物的器官形成于干细胞周围，而非干细胞本身。生长素信号在干细胞周围的微环境中是如何被差别利用的值得进一步深入研究。对生长素信号通路的上下游进行分析可能会为此提供线索。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koac367

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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