刘春明团队揭示植物筛管分化的分子机理学术资讯

来源：JIPB

植物的输送组织是维管束，由木质部、韧皮部和形成层组成。木质部内有导管分子，负责将根从土壤中吸收的水分和无机盐输送到地上器官。韧皮部内有高度特化的筛管分子和与之相邻的伴胞细胞。与人的血管相似，筛管是植物最主要的营养运输通道，将光合作用所产生的有机物输送到新生器官，如根尖、茎尖、果实和种子。

5月25日，JIPB在线发表了中国科学院植物研究所刘春明团队的研究论文“CLE25 peptide regulates phloem initiation in Arabidopsis through a CLERK-CLV2 receptor complex” (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.12846)。该研究以拟南芥为材料，利用遗传学、生理学、细胞生物学和生物化学等手段开展研究，发现小分子多肽激素CLE25通过与一个包括CLERK受体激酶和CLV2类受体蛋白的复合体作用启动信号转导，控制植物筛管的发生。CLE25多肽由12个氨基酸组成。

在最新的研究中，他们发现CLE25基因在64-细胞期胚胎的维管束起始干细胞中开始表达（图A），在早心形期胚胎的维管束起始细胞表达（图B），种子萌发后在根和茎的韧皮部和形成层细胞特异表达（图C和D）。利用CRISPR-Cas9编辑技术对CLE25多肽激素编码基因进行敲除，发现CLE25功能缺失的植物筛管分化明显滞后。携带CLE25显性负突变多肽的转基因植物呈现短根、莲座叶和腋芽生长比野生型植物更加旺盛的表型。这些植物结实率很低、叶片累积大量淀粉。进一步分析发现其筛管分化滞后和不连续（图E和F），筛管运输功能受损（图G）。

细胞生物学观察发现，在这些植物根尖中筛管干细胞在分化过程关键的一次平周分裂缺失（图H）。启动子替换实验结果表明CLE25是以一种非细胞自主性方式发挥作用，且CLE25在根尖分生区的表达对其功能必需。

为了进一步阐述CLE25多肽激素的信号转导机理，他们通过对携带CLE25显性负突变多肽的转基因植株进行诱变和筛选、对174个LRR-RK受体激酶的T-DNA插入突变体进行体外CLE25多肽处理，发现感受CLE25多肽激素信号的是CLERK受体激酶和CLV2类受体蛋白。这两个蛋白可以直接相互作用，形成复合体（图I）。CLERK的表达模式与CLE25部分重叠，在胚胎发育过程中均是从球形胚时期开始表达。

这一研究结果阐明，CLE25编码的小分子多肽激素通过CLERK-CLV2受体复合体发挥作用控制植物的筛管分化（图J）。

来源：jipb1952 JIPB

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