兰州大学发现维持茎端分生组织稳态的重要成员
2018/3/29 来源: 植物科学最前沿

近日,Nature Plants在线发表了兰州大学生命科学学院苟小平课题组题为“A group of receptor kinases are essential for CLAVATA signalling to maintain stem cell homeostasis”的研究论文,该研究发现维持茎端分生组织稳态的重要成员。



植物在胚后发育过程中不断产生新器官,这依赖于植物分生组织中干细胞自我更新与子细胞分化之间的完美平衡,这种平衡决定了植物能否进行正确的形态建成,因此植物干细胞的稳态维持机制一直是植物学领域的研究热点。前人的研究表明植物干细胞的稳态主要由CLAVATA (CLV)-WUSCHEL (WUS)这条负反馈调节通路来维持,胞外的配体CLV3被定位在膜上的受体CLV1等来感知,然后将信号传递到细胞核内抑制转录因子WUS的表达,而WUS又可以移动到茎端分生组织中央区促进干细胞的活性以及CLV3的表达。这条信号通路在18年前就已经被提出,但在过去这么多年里很少鉴定到CLV通路的下游成员,对受体CLV1的直接靶蛋白一无所知,而且目前也并不清楚CLV信号到底是如何实现跨膜传递的。


该研究通过反向遗传学鉴定到一组受体激酶CLAVATA 3 INSENSITIVE RECEPTOR KINASES (CIKs),当它们缺失之后,CLV信号通路被完全阻断,导致茎端分生组织极端膨大,干细胞数目急剧增加,从而使侧生器官包括莲座叶、花和花器官的数目都明显增加。通过一系列的遗传分析和生理实验证明CIKs感知CLV3的信号抑制WUS的表达,从而维持茎端分生组织的稳态。生化分析结果表明CIKs作为CLV1的共受体,通过磷酸化传递CLV3的信号。该发现极有可能为寻找CLV信号通路在胞质中的成员开辟一条新的途径,例如可以寻找CIKs的互作蛋白,也可以通过磷酸化蛋白组学方法鉴定响应CLV3处理发生磷酸化变化的蛋白。由于CIKs这组共受体并不是大家所熟知的SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR KINASE (SERK)亚家族成员,因此该工作也揭示了一组新的受体激酶共受体,它们与SERKs蛋白结构非常类似,也很有可能与SERKs一样,作为共受体调控多个生长发育及抗逆过程。另外,由于CIKs在进化上具有功能保守性,它们调控侧生器官数目和大小的功能将可被应用于作物育种,增加作物产量。


该研究受到国际同行的高度关注,Nature Plants同期在线发表了茎端分生组织调控领域专家David Jackson的评论文章,他们评价该研究结果“是信号途径的一小步,但却是分生组织领域的一大步”。 


博士生胡冲为论文第一作者,朱亚芬崔岩伟成凯莉等博(硕)士生参与完成了论文部分工作。相关工作得到了国家自然科学基金委和教育部等机构的资助。文章链接:。

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