Plant Physiology | 西北工大舒凯/中国农大谭伟明合作揭示脱落酸调控萌发后幼苗主根生长的分子机制

种子萌发是植物生命周期中至关重要的决定性阶段，而紧随萌发过程的是幼苗根系的建成与发育，这在植物生长和应对生物/非生物胁迫过程中起着不可或缺的重要作用。与种子萌发一样，根系的生长发育受到多种内源激素的精准调节，其中，生长素与脱落酸（ABA）在根系发育与生长中起着尤为重要的作用；同时，根系的生长也离不开细胞周期的正常进行，主要发生在根尖分生组织区；细胞分裂后，伴随细胞伸长，使得根系逐渐延伸。然而，长期以来，在种子萌发后主根生长过程中，植物激素ABA是如何精细调控细胞周期相关基因表达，以及ABA和生长素在此生物学过程中的互作关系依然不甚明晰，仍需进一步研究。

近日，西北工业大学舒凯团队与中国农业大学谭伟明团队合作在Plant Physiology在线发表了题为“Abscisic acid inhibits primary root growth by impairing ABI4-mediated cell cycle and auxin biosynthesis”的研究论文，解析了转录因子ABI4在ABA胁迫下通过负调控细胞周期正调控基因CYCB1;1和CDKB2;2的表达，抑制细胞周期进程；同时抑制生长素合成基因YUCCA2和YUCCA8的表达，削弱生长素的合成，并抑制生长素的转运蛋白编码基因PIN1的表达，导致根尖生长素浓度积累下降，最终抑制幼苗早期主根伸长。

研究发现，在主根的早期生长过程中，突变体abi4对ABA胁迫处理不敏感。激光共聚焦显微镜观测结果表明，abi4在ABA胁迫下有着较大的分生组织区域，与较多的分生组织细胞。随后，进一步检测了野生型与abi4中的细胞周期关键基因，表明ABI4可能通过抑制细胞周期进程中关键基因的表达，进而抑制细胞周期。后续大量的分子、生化与遗传实验表明，ABI4通过直接与细胞周期正调控基因启动子互作，抑制两基因的表达，抑制细胞周期进程。随后，检测了野生型与abi4中生长素合成基因YUCCA2和YUCCA8的表达水平与生长素含量及分布情况，以及生长素转运蛋白PIN1的表达，最终通过遗传回补实验，表明ABI4同时抑制生长素合成于转运基因的表达，抑制了生长素的积累，抑制幼苗早期主根伸长。

西北工业大学博士生罗晓峰为论文第一作者，博士生徐佳慧、已毕业硕士生郑钏为论文共同第一作者，西北工业大学舒凯教授与中国农业大学谭伟明教授为论文通讯作者。德国弗莱堡大学Klaus Palme教授、中科院遗传发育所谢旗研究员、李传友研究员、云南大学余迪求教授提供了宝贵的遗传材料；四川农业大学杜俊波教授、刘卫国教授也参与了此项研究。该研究获得国家自然科学基金、深圳市自然科学基金和西北工业大学博士论文创新基金等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac407

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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