山东大学丁兆军课题组揭示生长素响应因子ARF7调控侧根发育的新机制

来源：BioArt植物

植物侧根的发育决定根系的结构，对植物侧根发育分子机制的研究一直是热点。侧根的发育主要受植物激素生长素的调控，作为生长素的重要响应因子ARF7（AUXIN RESPONSE FACTOR7）在生长素诱导侧根发育过程中起着至关重要的作用。LBD（LATERAL ORGAN BOUNDARIES DOMAIN）转录因子是目前研究最深入的ARF7下游靶基因之一【1】，受ARF7调控的下游基因主要在侧根原基及其邻近的细胞组织中表达，在侧根发生的过程中影响细胞壁的重构和降解【2】。但ARF7调控侧根形成的具体的分子机制还有待于进一步的探究。

近日，PloS Genetics 在线发表了丁兆军课题组完成的题为 PRH1 mediates ARF7-LBD dependent auxin signaling to regulate lateral root development in Arabidopsis thaliana 的研究论文，报道了拟南芥中侧根发生的调控新机制。该研究发现了一个ARF7-LBDs介导的生长素信号通路中新的下游靶基因，PRH1。PRH1是编码抗病响应蛋白PR-1的同源基因，先前研究发现其编码一种病原体应答蛋白【3】。该研究发现，PRH1作为ARF7和LBDs的下游基因参与调控生长素诱导的侧根发生。

该项研究通过转录组学分析筛选出依赖于ARF7调控的生长素诱导表达基因PRH1, 发现PRH1pro:GUS只在拟南芥主根的侧根原基处表达，并且其转录水平的表达是受ARF7直接调控的。PRH1功能缺失会导致侧根发育缺陷，在arf7背景下过表达PRH1能够部分恢复arf7的侧根表型。因此，PRH1作为ARF7的下游基因参与侧根发育的调控。进一步研究发现，同样作为ARF7下游基因的LBDs也参与调控PRH1的转录表达，并且在遗传水平上过表达PRH1蛋白能够部分恢复lbds突变体侧根减少的表型。PRH1的突变会进一步的影响一些细胞壁重塑相关的EXPANSIN基因的表达。

综上，该研究阐明了在生长素诱导侧根发育的过程中，PRH1参与ARF7-LBD的调控通路，被ARF7和LBDs直接转录调控，之后PRH1通过影响EXPANSIN基因的表达来调控侧根的发生。

山东大学生命科学学院丁兆军教授为论文通讯作者，博士生张凤为论文第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金、山东大学基础研究基金等项目的资助。

参考文献：

1. Okushima Y, Fukaki H, Onoda M, Theologis A, Tasaka M. ARF7 and ARF19 Regulate Lateral Root Formation via Direct Activation of LBD/ASL Genes in Arabidopsis. the Plant Cell Online. 2007;19: 118–130. doi:10.1105/tpc.106.047761

2. Kumpf RP, Shi C-L, Larrieu A, Sto IM, Butenko MA, Peret B, et al. Floral organ abscission peptide IDA and its HAE/HSL2 receptors control cell separation during lateral root emergence. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2013;110: 5235–5240. doi:10.1073/pnas.1210835110

3. Laird J, Armengaud P, Giuntini P, Laval V, Milner JJ. Inappropriate annotation of a key defence marker in Arabidopsis: Will the real PR-1 please stand up? Planta. 2004;219: 1089–1092. doi:10.1007/s00425-004-1355-x

论文链接：

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008044