New Phytol | 华中农业大学赵毓课题组揭示了水稻冠根发育关键因子复合体WOX11-CRL1维持细胞分裂素稳态的新机制

冠根也称不定根，是禾本科植物特有的根系类型。它在禾本科植物的一生中都可以不断地更新。因此，冠根的形态发生对于禾本科植物尤其是禾谷类作物的生长发育、营养吸收、产量和品质及应对不良环境胁迫至关重要。在水稻中，WOX11 (WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX11) (Zhao et al., 2009; Zhao et al., 2015; Zhou et al., 2017; Jiang et al., 2017; Zhang et al., 2022; Xu et al., 2022) 和CRL1 (CROWN ROOTLESS1) 是调控冠根发育的两个关键转录因子且在冠根发育早期具有相似的表达模式，但这两个转录因子是否以及如何协同调控水稻冠根发育的机制不是很清楚。

近日，华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室赵毓教授课题组在国际期刊New Phytologist上在线发表了题为WOX11 and CRL1 act synergistically to promote crown root development by maintaining cytokinin homeostasis in rice的研究论文，揭示了水稻冠根特异转录因子WOX11-CRL1协同维持体内细胞分裂素的动态平衡并促进冠根形态建成的分子机制。

该研究发现，WOX11和CRL1均能直接与细胞分裂素氧化酶OsCKX4（CYTOKININ OXIDASE/DEHYDROGENASE4）结合，分别在冠根的起始、 出现和伸长过程中调控其表达。OsCKX4可以部分互补crl1和wox11突变体冠根缺失表型。CRL1和WOX11相互作用且进一步增强WOX11对OsCKX4的调控，而CRL1对OsCKX4的结合则不受WOX11的影响。wox11/crl1双突变体表现出更严重的冠根表型。通过CRISPR/Cas9产生的OsCKX4敲除植株表现出较少的冠根数量和根分生组织中较高的细胞分裂素水平。更为重要的是，作者发现细胞分裂素与WOX11蛋白之间存在一个负反馈调节机制，细胞分裂素会促进WOX11蛋白在冠根起始部位的积累，积累过多的WOX11蛋白通过调控OsCKX4表达进一步降低细胞中细胞分裂素含量，从而维持水稻冠根形态建成过程中细胞分裂素的稳态。

综上，该研究建立了冠根发育关键调节因子WOX11和CRL1之间的联系，揭示了细胞分裂素稳态在水稻冠根形态建成中的重要作用，为理解将植物根尖分生组织中的空间表达模式转化为干细胞稳态维持的调节单位提供了框架。

图1. WOX11-CRL1协同维持细胞分裂素稳态促进水稻冠根形态建成的分子机制

华中农业大学生命科学技术学院、湖北省洪山实验室和作物遗传改良全国重点实验室博士研究生耿乐萍和李琦为论文共同第一作者，赵毓教授为文章通讯作者，周道绣教授也参与本研究工作。该研究得到国家自然科学基金面上和重点项目的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1111/nph.18522

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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