西南大学罗克明团队揭示赤霉素和生长素协同调控树木形成层活性的分子机制

木材形成要经历形成层细胞分裂与分化、细胞膨胀，次生壁沉积，细胞程序化死亡等过程。形成层活性的维持已被报道受到多种转录因子和激素的调控。WOX4转录因子作为形成层活性调控的核心，响应激素、小肽等信号，维持形成层活性。生长素极性转运蛋白PIN1促进生长素在形成层的高量累计，促进形成层活性。激素外施实验表明，赤霉素和生长素能够协同调控形成层活性，促进木材形成，但其作用机制尚不清楚。 4月18日， 西南大学罗克明教授团队在The Plant Cell在线发表了题为“AUXIN RESPONSE FACTOR 7 integrates gibberellin and auxin signaling via interactions between DELLA and AUX/IAA proteins to regulate cambial activity in poplar”的研究论文，解析了赤霉素和生长素协同调控杨树形成层活性的分子机制，为阐明树木形成层干细胞活性的调控机理提供了新观点。 为探究赤霉素和生长素对形成层活性调控的分子机制，本研究利用在木材形成过程中内源性下调赤霉素含量（LMX5pro：GA2ox）、形成层特异性上调赤霉素水平（WOX4pro：GA3ox）、形成层特异性阻断生长素信号（WOX4pro：IAA9M）和形成层特异性阻断赤霉素信号（WOX4pro：ΔRGL1）转基因株系，进行外源赤霉素和生长素处理，确定赤霉素和生长素协同调控形成层活性发生在信号转导水平。 组织表达分析及蛋白互作验证表明，ARF7.2可能作为赤霉素和生长素的协同调控因子影响形成层活性。对ARF7.2与DELLA的互作位点分析表明，DELLA与ARF7.2的互作位点在ARF7.2的MR结构域，区别于ARF7.2与AUX/IAA互作的PB1结构域，暗示DELLA-ARF7-AUX/IAA9会形成三元复合体。通过酵母三杂（Y3H），Luciferase complementation imaging (LCI)， Co-immunoprecipitation (Co-IP)实验验证结果与猜想一致。 ARF7转基因过表达和敲除株系均表明，ARF7对形成层活性的调控作用。外源赤霉素和生长素处理ARF7的敲除株系，形成层对赤霉素和生长素的响应消失。Chromatin immunoprecipitation (ChIP)，酵母单杂(Y1H)，Electrophoresis mobility shift assay (EMSA) 实验表明，ARF7.2能够直接调控WOX4的表达，调控形成层活性。此外，ARF7.2能够直接调PIN1表达促进生长素在形成层高量累计，促进形成层活性（图1）。 图1 ARF7整合赤霉素和生长素信号调控形成层活性 综上所述，该研究揭示了在形成层活性调控过程中，赤霉素和生长素通过破坏DELLA-ARF7-AUX/IAA三元复合体,释放ARF7对下游WOX4, PIN1的转录调控,进而对形成层协同调控。 西南大学在读博士生胡建为论文第一作者，西南大学罗克明教授及许长征教授为共同通讯作者，硕士生苏会丽（现为清华大学博士研究生），曹慧及蒋雪梅参与了相关研究工作。西南大学何新华教授和张觅副研究员对本研究予以帮助。该项研究得到了国家自然基金等项目的资助及西部（重庆）科学城种质创制大科学中心的支持。 原文链接： https://doi.org/10.1093/plcell/koac107 文章来源：BioArt植物