研究發現擬南芥表皮毛時序性發育的分子機理

近日，國際學術期刊The EMBO Journal在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所王佳偉研究組題為A spatiotemporally regulated transcriptional complex underlies heteroblastic development of leaf hairs in Arabidopsis thaliana的研究論文。

動植物都由單細胞受精卵通過細胞分裂和分化發育而來。這一特性決定了生命體的生長發育具有時序性，在不同的發育階段具有不同的形態和代謝特徵。在模式植物擬南芥中，幼年期與成年期植物在發育模式、次生代謝物合成和環境響應等方面存在顯著差異。研究表明miR156是調控這些性狀時序性變化的關鍵因子。miR156在幼苗中高表達，維持植物的幼年期特徵。隨著植物年齡的增長，miR156含量逐漸降低，其靶標SPL類轉錄因子表達逐漸上升，誘發植物成年態性狀的產生。

研究發現，葉片下表皮毛的發生是擬南芥進入成年期的一個標誌。miR156-SPL年齡信號模塊通過激活miR172的表達誘導下表皮毛的起始。miR172的靶基因蛋白AP2類轉錄因子（例如TOE1）與葉片極性調控因子KAN1互作。由於KAN1僅在葉片下表皮表達，TOE1僅在植物幼年期表達，因此該複合只存在於幼年期葉片的下表皮中。進一步研究發現，該複合體可以結合在表皮毛關鍵轉錄因子GL1的3』端調控序列（稱為REAT）上。有趣的是，GL1座位下游的增強子可以與5』端啟動子形成染色質環，啟動GL1的表達。因此，在植物幼年期葉片的下表皮中，TOE1-KAN1複合體可以藉助染色體環靠近GL1啟動子，抑制其表達，導致葉片下表皮毛不能發生。當植物進入成年期後，由於miR156-SPL信號模塊的增強，miR172表達升高，導致TOE1蛋白含量降低，此時TOE1-KAN1複合體逐漸解離，從而釋放它對GL1的抑制作用，誘發下表皮毛的產生。

分子植物卓越中心博士王龍和周川苗為該論文的共同第一作者，王佳偉為通訊作者。該研究得到科技部、國家自然科學基金、中科院先導項目、中國博士後基金、Sanofi-SIBS青年人才獎學金等資助。

研究發現擬南芥表皮毛時序性發育的分子機理

來源：中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所

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