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李傳友研究組發現植物幹細胞命運決定新機制

  固著生長的高等植物能夠不斷調整器官發生和發育進程,從而適應複雜多變的環境條件。與動物相比,植物的生長發育表現超強的可塑性,這主要取決于其幹細胞組織結構。以模式植物擬南芥根尖分生組織爲例,幹細胞組織中心 (靜止中心,Quiescent center, QC)與其周圍幹細胞共同構成根尖幹細胞微環境,爲根的生長發育持續不斷地提供的細胞源。WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 5 WOX5)是一個在幹細胞組織中心特異表達的HOMEOBOX家族基因,對于幹細胞組織中心的命運決定起至關重要的作用。 

 

  一般認爲根尖幹細胞微環境的建立和維持受到兩條核心轉錄因子通路的嚴格控制:即縱向的PLETHORA (PLT)途徑和徑向的SHORTROOT (SHR)/SCARECROW (SCR)途徑。但這些轉錄因子如何精細調控WOX5的時空特異表達進而控制幹細胞組織中心的命運決定並不明確。 

 

  中國科學院遗传与发育生物学研究所李传友研究组长期致力于根系可塑性发育的机理研究。他们发现逆境茉莉酸与生长素互作,通过改变干细胞活性调控根系的可塑性发育,并且调控损伤诱导的组织修复和根系再生过程(Sun et al., 2009, Plant Cell; Zhou et al., 2010, Plant Cell; Chen et al., 2011, Plant Cell; Zhang et al., 2018, PNAS; Zhou et al., 2019, Cell)。 

 

  該團隊最新的研究表明,動植物中保守的LIM-domain binding (LDB)家族轉錄調控因子SEUSS (SEU)調控幹細胞組織中心的命運決定。他們發現seu突變體中WOX5表達顯著下降;且該突變體與wox5突變體呈現類似的幹細胞發育缺陷。深入研究表明,SEU作用于SHR/SCR通路正向調控WOX5表達和幹細胞組織中心的建立。SEU通過與轉錄因子SCR直接互作而被招募到WOX5啓動子;然後,SEU通過直接互作招募組蛋白甲基轉移酶SDG4WOX5啓動子並誘導組蛋白H34位賴氨酸的三甲基化H3K4me3),進而激活WOX5表達。這項研究表SEU作爲支架蛋白整合核心轉錄因子與表觀遺傳因子的功能, 形成SCR-SEU-SDG4轉錄複合體從而精確調控WOX5的時空特異表達和幹細胞組織中心的命運決定。 

 

  該研究于2020914日在國際著名期刊The EMBO Journal在線發表(DOI:10.15252/embj.2020105047)。李传友研究组博士生翟华伟和博士后张潇月为论文共同第一作者。李传友研究员和中国农业大学周文焜教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委和中國科學院王宽诚教育基金等项目的资助。 

 

圖:SEU整合遺傳因子SCR和表觀遺傳因子SDG4激活WOX5表達並調控QC特性建立的分子機制