促进植物根系发育的“密码”找到了

促进植物根系发育的“密码”找到了

植物的根越多、越长，吸收水分和养分就越多生长素的起作用部位是，但究竟是谁在左右植物的根系生长？近日，山东农业大学李厦教授团队在生物学领域国际顶级刊物《植物细胞》发表封面文章，揭示植物根尖分生区发育过程中PLT1的转录调控机制，为深入解析植物核转运蛋白参与的信号途径提供了新线索。

根系长短影响着植物与周围环境的接触面积。一般根越多、越长，则吸收的水分和养分就越多生长素的起作用部位是，植物就会长得更好一些。植物根的生长具有极强的可调控性，其生长主要依赖于根尖。根尖分成根冠、分生区、伸长区和成熟区，其中伸长区是根生长最快的部位，而伸长区的细胞来自分生区，也就是根尖分生区干细胞通过不断分裂分化来保证根的持续生长。

已有研究表明，转录因子（转录因子是细胞的蛋白质哨兵,它决定了DNA中众多基因中的某些特定基因表达）PLT1对根尖分生区干细胞分裂分化起到了关键作用。在根尖的不同部位，存在不同浓度梯度的PLT1。高浓度的PLT1抑制细胞分裂，维持根端干细胞的稳态；分生区中间浓度的PLT1促进细胞分裂；低浓度的PLT1促进细胞分化。但对于植物根尖不同区域建立和维持稳定的PLT1浓度机制并不清楚。

李厦团队对根尖分生区干细胞分裂分化机制研究时生长素的起作用部位是，发现了一个新的转录调节因子，将其命名为JANUS。他们的研究结果表明，JANUS可以吸引根尖分生区干细胞中的核糖核酸聚合酶II（RNA聚合酶II）结合到PLT1基因启动子上，促进PLT1基因从脱氧核糖核酸（DNA）上合成信使核糖核酸（mRNA），也就是PLT1通过基因转录过程促进植物根系发育的“密码”找到了，最终可影响根尖区不同区域的PLT1的蛋白浓度。

通过互作蛋白筛选及结构域分析，该团队还发现生长调控因子（GIFs）可以通过与根尖分生区干细胞中的RNA聚合酶II竞争结合，以削弱JANUS对PLT1基因转录的促进作用，从而抑制PLT1基因转录。而JANUS和GIFs这两种调控因子对根尖分生区干细胞PLT1基因转录的调控，都依赖于核转运蛋白IMB4（可以识别需要进入细胞核的蛋白促进植物根系发育的“密码”找到了，将其运进核内）。

该研究成果揭示了调控植物根尖分生区细胞中关键基因PLT1的调控因子和作用机制，为研究人员进一步了解根的生长调控机制提供重要线索，也可以为培育节水节肥农作物品种提供分子水平的依据。（记者 王延斌 通 讯 员 郭翠华）