研究揭示生物鐘調控根發育的新機制

生物鐘能夠感知及預測光溫等環境因子的晝夜節律性變化，通過協調細胞生理、代謝活動和多種發育過程，在時間維度上為植物生長與發育提供了適應性優勢。生物鐘系統包括感知外界環境信號的輸入途徑、整合環境因子晝夜節律性動態變化的中央振蕩器以及調控生長與代謝晝夜節律性的輸出途徑。目前已知多種生長發育過程和物質代謝等受到生物鐘在時間維度上的調控，如開花時間和下胚軸細胞的晝夜節律性伸長等，但對於生物鐘是否調節根的發育形態及其相關機制並不清楚。

中國科學院植物研究所王雷研究組通過多種生理生化實驗，並結合遺傳證據，全面系統地解析了植物生物鐘調節根形態發育的分子機制。以往研究顯示，擬南芥中糖介導的TOR信號可以通過感受細胞的能量狀態調控根尖分生區細胞增殖的活性。研究人員發現，TOR基因的轉錄水平呈現較強的晝夜節律性動態，通過已發表的大數據進行生物信息學分析則表明PRRs蛋白與TOR參與調控的基因存在高度的重疊。進一步生理實驗和生化實驗顯示，PRRs的突變體對糖激活的TOR信號敏感性降低，根中TOR的轉錄水平下降，根尖分生區細胞增殖活性減弱，根的生長也受到限制；由於PRRs蛋白主要作為轉錄抑制因子發揮作用，說明在prr579突變體中TOR mRNA水平降低可能不是PRRs蛋白的直接效應。研究人員進一步分析發現，在prr579突變體中，具有結合RNA能力的CCCH類鋅指蛋白的編碼基因TZF1表達上調，並且PRRs能夠結合TZF1啟動子並抑制其轉錄表達；PRRs與TZF1作用在同一信號通路調節擬南芥根的形態發育；TZF1蛋白可以直接結合TOR mRNA並影響其穩定性，從而負調控TOR信號，進而影響根的形態發育決定。

該研究發現了植物生物鐘核心振蕩器關鍵因子PRR5、PRR7和PRR9通過整合轉錄以及轉錄後水平的機制對TZF1-TOR信號通路在時間維度精細調節，以調控植物根分生區細胞分裂的活躍程度，進而調控根部形態發育的分子機制，拓展了對植物生物鐘調控植物生長發育過程的分子機制認識。

該研究近日在線發表於國際學術期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）。王雷研究組工程師李彬和已畢業博士生王岩為論文共同第一作者，王雷為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學基金面上項目、中科院前沿科學重點研究項目、中科院戰略性先導科技專項（B類）、中組部「青年千人計劃」的支持。

PRR-TZF1-TOR分子通路介導生物鐘調節根的形態發育

來源：中國科學院植物研究所

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