刘栋课题组在PLoS Genetics上发表论文阐述乙烯介导的低磷胁迫诱导根毛形成的分子机制

刘栋课题组在PLoS Genetics上发表论文阐述乙烯介导的低磷胁迫诱导根毛形成的分子机制 刘栋课题组在PLoS Genetics上发表论文阐述乙烯介导的低磷胁迫诱导根毛形成的分子机制

  2016年7月18日,清华大学生命科学学院刘栋课题组在《PLoS Genetics》在线发表题为《乙烯调控低磷胁迫诱导根毛发育的分子机制》(The molecular mechanism of ethylene-mediated root hair development induced by phosphate starvation )的研究论文,阐述了植物激素乙烯在分子水平如何调控低磷胁迫诱导的根毛发育。
  当植物在低磷环境中生长时,会激活一系列适应性反应来应对这一营养胁迫。其中一个主要的反应是形成大量的根毛, 以提高吸收磷素的能力。过去的研究表明植物激素乙烯参与了低磷胁迫诱导的根毛形成。但是迄今为止,乙烯是通过什么样的分子机制来介导低磷胁迫诱导根毛的形成还不清楚。
  该研究通过正向遗传学的方法,筛选得到一个根毛形成过多的拟南芥突变体hps5。 基因克隆表明HPS5基因编码乙烯受体ERS1。通过对hps5的转录组分析,论文作者鉴定得到一组与根毛发育相关的基因。进一步研究证明,乙烯信号通路中的关键转录因子EIN3可以直接结合到这些根毛发育相关基因的启动子上, 对其进行转录调控;而且,低磷胁迫可以显著增加EIN3蛋白在细胞核内的积累。该文还发现这些基因可能就是已知的调控根毛发育的重要转录因子RSL4的直接靶基因。根据这些结果该研究提出一个工作模型:在正常生长条件下,根表皮细胞里的乙烯含量较低,RSL4等关键的转录因子触发并维持下游靶基因的基础水平的转录从而促进根毛的形成。在低磷条件下,诱导增加的EIN3蛋白同时结合到这些基因的启动子上,进一步提高了这些靶基因的表达水平,从而增加了根毛的形成,包括根毛密度和长度的增加。这个模型还可用以解释乙烯在其它逆境条件下调控根毛发育的分子机制, 并有可能为培育高效吸收土壤养分的农作物新品种提供理论依据。
  清华大学生命科学学院刘栋教授为本文的通讯作者;清华大学生命科学学院2011级博士研究生宋丽为本文的第一作者。中科院遗传与发育研究所焦雨玲研究员和博士研究生于浩鹏也参与了部分工作。

野生型(WT), hps5突变体,和三个过表达突变的乙烯受体ERS1的转基因植株(2-3, 8-1,1-1)在正常(P+)和低磷(P-)生长条件下的根毛表型。

论文链接: http://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1006194