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[优秀文章推荐]中科院解析生长素调控叶片展开的分子机制
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Spatially Defined Auxin Signaling in the Marginal and Middle Domains 该研究发现植物激素生长素对叶片原基的展开具有重要作用，揭示了叶片形成过程中，近-远轴极性通过生长素信号通路介导转换为中-边轴极性，从而使叶片展开的分子机制。值得一提的是，该成果是今年继焦雨铃课题组在发现侧芽中干细胞建立的分子机制（Wang et al., 2017, Plant Cell）和揭示叶片非对称发育的生物力学调控机制（Qi et al., 2017, Nature Plants）之后，又一重要研究成果。 叶片是植物进行光合作用的主要器官。为了最大限度提高光合能力，高等植物的叶片进化出了具有极性（即不对称性）的扁平的形状。虽然叶片的展开对于高效光合至关重要，我们尚不了解叶片原基如何在发育过程中展开以形成扁平结构。 MP Activates WOX1 and PRS Expression in the Marginal and Middle Domains 在前期的研究中，焦雨铃研究组发现叶片原基中存在生长素浓度差异，近轴面（叶片靠近茎尖一侧，即背面）生长素浓度低，远轴面（腹面）生长素浓度高（Qi et al., 2014, PNAS 111:18769-18774）。通过对生长素、生长素信号转导通路下游的响应因子进行精细成像，进一步发现生长素与下游响应因子MP仅存在部分重叠，从而在近-远轴面之间的中间区界定了高生长素信号。进而，MP可以直接激活WOX1和PRS在中间区特异的表达。WOX1和PRS是中间区形成的决定因子，是叶片向两侧展开的关键。此外，叶片远轴面特异表达的生长素通路下游响应因子ARF2、ARF3和ARF4则直接抑制WOX1和PRS在远轴面区域的表达。MP和ARF2/3/4的共同作用使WOX1和PRS在叶片中间区域特异表达，从而使叶片能够展开。上述结果阐述了叶片形成过程中，近-远轴极性通过生长素信号通路介导转换为中-边轴极性，从而使叶片展开的分子机制。该课题组最近的另一项研究从生物力学的角度解释了中间区的重要性和生长素对叶片发育的调控（Qi et al., 2017, Nature Plants 3:724-733）。 MP and ARF3 Play Antagonistic Roles in Regulating WOX1 Expression The flattening of leaves to form broad blades is an important adaptation that maximizes photosynthesis. However, the molecular mechanism underlying this process remains unclear. The WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX (WOX) genes WOX1 and PRS are expressed in the leaf marginal domain to enable leaf flattening, but the nature of WOX expression establishment remains elusive. Here, we report that adaxial-expressed MONOPTEROS (MP) and abaxial-enriched auxin together act as positional cues for patterning the WOX domain. MP directly binds to the WOX1 and PRS promoters and activates their expression. Furthermore, redundant abaxial-enriched ARF repressors suppress WOX1 and PRS expression, also through direct binding. In particular, we show that ARF2 is redundantly required with ARF3 and ARF4 to maintain the abaxial identity. Taken together, these findings explain how adaxial-abaxial polarity patterns the mediolateral axis and subsequent lateral expansion of leaves. |
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