Mol Plant｜比利时根特大学Lieven De Veylder团队发现细胞壁信号和机械应力调控器官发育和再生的分子机制

植物具有应对因机械损伤而意外受损的细胞或器官的能力，能够快速检测到伤害性质和程度，并激活损伤情况下所需的精确再生机制。然而尽管发育和再生过程在机制上存在一定的相似性和关联性，激活器官再生的上游信号和机制在很大程度上仍是未知的。

2022年8月28日，比利时根特大学Lieven De Veylder团队于Molecular Plant在线发表了题为The regeneration factors ERF114 and ERF115 regulate auxin-mediated lateral root development in response to mechanical cues的研究论文。该研究发现了再生调控因子ERF114和ERF115能够响应机械信号，调控侧根生长，而监测细胞壁完整性的 FERONIA 通路则能抑制ERF114和ERF115基因转录，进而构建了细胞壁信号和机械应力调控器官发育和再生的分子网络。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.08.008

ERF亚家族X转录因子（ERF108-115）可以在不同的再生过程中发挥作用。在该团队之前的研究中，ERF115对生长素信号的协同作用受MONOPTEROS（MP）的激活。MP是AUXIN RESPONSE FACTOR（ARF）家族的成员，它介导的转录信号及其运输几乎调控了Lateral Root（LR）发育的每个阶段。

ERF114是与ERF115最接近的同源基因，通过比较erf114、erf115和erf114erf115等突变体的根尖再生能力，研究人员证实ERF114和ERF115在根尖再生过程中的作用存在冗余（图1）。与ERF115类似，过表达ERF114在无损伤条件下同样能增强根系对生长素Auxin的敏感性。同时ERF114 和ERF115水平升高可导致侧根或主根分生组织中MP的积累，并促进侧根形成。

根据之前的研究，在生长素存在的情况下破坏细胞壁而不导致细胞死亡可以诱导ERF115表达，因此作者猜测ERF114和ERF115在侧根形成过程中的表达可能是响应机械应力或细胞壁压力，而非受细胞死亡诱导，内皮细胞消融实验和根尖弯曲实验等证实了这一猜测（图2）。

另外，作者发现，在再生和发育条件下，机械压力诱导的ERF114和ERF115表达，与BZR1介导的BR信号相关，而在BRI功能缺失突变体中，LRP的数量与野生型相比存在显著差异，说明BR信号也参与ERF114感应机械应力后对LRP形成的调控（图3）。同时，作者在负向调控细胞延展性的FERONIA（FER）功能缺失突变体fer-4中检验了ERF114和ERF115的表达量（图3），发现在中柱鞘细胞和侧根原基细胞等部位ERF114和ERF115的表达信号显著增强，表明FER可能负向调控ERF114和ERF115介导的对生长素的应答。

综上，作者认为发育和损伤特异的调控因子ERF114和ERF115的表达可能受细胞生长相关的机械应力调控，同时检测细胞壁完整性信号的FERONIA可能以组织特异的方式负向调控根细胞的生长素敏感性（图4）。

转自：“植物科学最前沿”微信公众号

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