2024年10月29日，国际著名期刊Current Biology在线发表了兰州大学黎家教授课题组题为“Three RLKs integrate SHR-SCR and gibberellins to regulate root ground tissue patterning inArabidopsis thaliana”的研究成果，揭示了受体激酶ARH1，FEI1和FEI2共同调控根基本组织发育的分子机制。该成果是继黎家教授课题组2024年3月26日在Nature Communications发表受体激酶调控向水性生长并首次发现根尖蜡质层后的又一重要突破。
植物根系发育过程在时空上是一个有序的精确组装过程。在模式植物拟南芥根中，皮层/内皮层干细胞子细胞通过平周分裂产生皮层和内皮层两层细胞，将它们共同称为根基本组织（root ground tissue）。随后，内皮层细胞通过一次平周分裂，形成两个不同的子细胞，其中一个子细胞继承母细胞的内皮层属性，而另一个子细胞则向外分化成中皮层（Middle Cortex, MC）。中皮层的形成标志着根基本组织的成熟。已有研究表明，核心转录因子SHORT ROOT（SHR）和SCARECROW（SCR）及赤霉素（gibberellins, GAs）在皮层/内皮层干细胞的不对称分裂及根基本组织成熟过程中起到至关重要的作用。然而，SHR/SCR与GAs调控根基本组织发育的上下游关系及信号途径尚未解析。
黎家教授课题组在研究受体激酶ARH1，FEI1和FEI2调控根向水性生长的过程中，发现该组受体激酶突变体（tri-1）根尖内皮层细胞平周分裂显著增强。该研究发现受体激酶编码基因ARH1、FEI1和FEI2在shr和scr突变体根尖显著上调表达。同时敲除ARH1、FEI1和FEI2能显著恢复shr和scr突变体根基本组织发育的缺陷表型。与野生型相比，tri-1根尖GAs合成酶编码基因显著下调表达，其根尖GAs含量也显著减少。体外施加赤素（GA3）能显著恢复tri-1根中皮层过多的缺陷表型。研究发现，细胞周期蛋白编码基因CYCD6;1在tri-1根尖上调并异位表达，而CYCD6;1基因突变能部分恢复tri-1根中皮层过多的缺陷表型。根据以上结果，该研究提出并证明了SHR/SCR-ARH1/FEI1/FEI2-GAs-CYCD6;1的根基本组织发育调控模块（图1）。
图1.受体激酶调控根基本组织发育的分子机制
根发育早期，受体激酶通过调节GAs的合成而抑制CYCD6;1在根尖内皮层中的异位表达，进而抑制中皮层形成。图中左侧表示野生型而右侧表示受体激酶突变体。
该研究不仅对于了解根基本组织发育的信号调控途径具有重要意义，而且对于研究植物细胞不对称分裂的调控机制具有重要的参考意义。
兰州大学生命科学学院青年研究员常金科及博士生胡俊为该论文共同第一作者，黎家教授为该论文通讯作者。兰州大学博士生吴良凡和沈娟、及广州大学博士后陈玮玥参与了该研究的部分工作。广州大学生命科学学院齐向辉教授参与了论文的讨论工作。该研究得到国家自然科学基金重点项目、青年项目和兰州大学的经费资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.09.074
