遗传发育所生长素调控植物根尖干细胞维持研究取得进展

2010-11-05 15:01 来源: 中国科学院
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  和动物不同,高等植物只能固着生长的特点决定了其能够根据复杂的环境条件不断地调整器官的发生和发育进程。植物生长发育的这种可塑性是由于在茎尖和根尖生长点分生组织中央有一个具有持续分裂能力和分化功能的干细胞组织结构。这些干细胞伴随着植物的一生,它们的分化不仅产生了所有的地上和地下器官,而且会根据内外环境信号来决定器官的发生、生殖生长、成熟和衰老等生物学过程。因此植物干细胞是生长发育的源泉和信号调控中心。

  在根尖生长点中,生长素的极性运输和局部合成促成了在干细胞组织中心(即静止中心)部位形成所谓“生长素积累高峰”,对于干细胞组织中心的建立和维持起至关重要的作用。在生长素信号通路中控制根尖干细胞活跃状态的关键分子元件是被称为干细胞转录因子的PLT 蛋白,但对于生长素和PLT之间的联系机制所知甚少。

  李传友研究组通过遗传筛选获得了一个根尖干细胞维持发生缺陷的拟南芥突变体命名为“活跃静止中心”,结合分子遗传学、细胞生物学和生物化学等手段鉴定了在植物根尖干细胞维持中起重要作用的基因TPST。TPST基因编码一个酪氨酸硫基转移酶(Tyrosylprotein Sulfotransferase),特异性地在酪氨酸基团对蛋白质进行硫基化修饰。酪氨酸硫基转移酶所介导的蛋白质硫基化修饰在动物生长发育和许多病理过程中起重要作用,在植物中调控根尖根细胞维持是首次报道。功能研究表明,TPST和生长素之间存在非常精细的反馈调控关系:生长素在转录和蛋白质水平上调控TPST的表达,而TPST突变影响了生长素在根尖生长点部位的极性运输、局部合成和局部浓度梯度的形成。重要的是,该研究发现TPST的突变导致了根尖干细胞转录因子PLT在转录和蛋白质表达水平的降低,而过表达PLT可以有效恢复“活跃静止中心”突变体的干细胞缺陷。这项研究表明,TPST所介导的蛋白质硫基化是植物激素生长素和干细胞转录因子PLT之间的联系纽带,也证明以前未引起人们重视的蛋白质硫基化修饰在植物生长发育中起非常重要的作用。

  此研究结果于11月3日作为封面文章发表于国际著名杂志The Plant Cell,李传友实验室博士生周文焜、朱立煌实验室博士生韦丽荣为该论文的共同第一作者。国家植物基因研究中心(北京)储金芳等在本研究中成功进行了根尖生长素测定工作。本研究得到了科技部和国家自然科学基金委重大研究计划项目的资助。