中國科學(xué)院揭示參與植物不同類型根發(fā)育的同源分子模塊

2023年8月8日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心徐麟研究組于《Cell Reports》雜志上在線發(fā)表了題為“WOX-ARF modules initiate different types of roots”的文章，解析了擬南芥起始不同類型根時使用的同源分子模塊。

種子植物擬南芥生長素信號通路中的Class-AARF（A-ARF）轉(zhuǎn)錄因子在不同類型根起始中有著特異的功能。擬南芥基因組編碼了3組A-ARF：ARF5、ARF7/19、ARF6/8。雖然這些A-ARF基因的表達特異性不高，但它們的發(fā)育功能具有特異性，其中ARF5控制胚胎發(fā)育時的主根起始過程，ARF7/19控制側(cè)根起始。通過對擬南芥離體葉片再生不定根體系的研究發(fā)現(xiàn)，ARF6/8參與不定根的起始過程。擬南芥調(diào)控干細(xì)胞命運的Intermediate-clade WOX（IC-WOX）轉(zhuǎn)錄因子在不同類型根起始中也發(fā)揮著特異的功能。在離體葉片再生不定根過程中，WOX11特異表達在不定根的創(chuàng)始細(xì)胞中，控制其向根原基的起始過程。擬南芥的WOX9表達在胚胎中的主根創(chuàng)始細(xì)胞（也稱為垂體細(xì)胞）中，控制著主根創(chuàng)始細(xì)胞的特化和其起始主根的過程。研究發(fā)現(xiàn)，WOX11可以與ARF6/8形成蛋白復(fù)合體，而WOX9可以與ARF5形成復(fù)合體。在離體葉片再生不定根過程中，WOX11-ARF6/8復(fù)合體可以在不定根創(chuàng)始細(xì)胞中激活RGI2、LBD16等基因的表達，從而推動不定根創(chuàng)始細(xì)胞起始為根原基。在側(cè)根起始過程中，ARF7/19可以在沒有IC-WOX蛋白的協(xié)助下完成對RGI2、LBD16等基因的激活，從而推動側(cè)根創(chuàng)始細(xì)胞起始為根原基。在主根起始過程中，WOX9-ARF5復(fù)合體可以激活RGI2等基因的表達，推動主根的起始。通過上述研究，作者認(rèn)為WOX-ARF形成復(fù)合體說明生長素信號通路和干細(xì)胞調(diào)控通路需要緊密配合來起始根原基，且WOX-ARF的分工組合可以起始不同類型的根：WOX11-ARF6/8參與不定根創(chuàng)始細(xì)胞起始根原基過程；ARF7/19參與側(cè)根創(chuàng)始細(xì)胞起始根原基過程；WOX9-ARF5參與主根創(chuàng)始細(xì)胞起始主根的過程。作者推測，種子植物這些不同類型的根可能在進化上起源于其祖先的一種原始根，這種原始根可能利用了古老而單一的IC-WOX和A-ARF的組合進行起始發(fā)育。