植物激素調(diào)控花分生組織維持及分化的分子機(jī)制的研究進(jìn)展

　　高等植物中，植物體所有胚后發(fā)育的組織和器官都來(lái)源于各級(jí)分生組織?；ǚ稚M織（floral meristem, FM）產(chǎn)生及維持是花器官生成及發(fā)育的前提，而FM活性的程序性終止（FM determinacy）導(dǎo)致的細(xì)胞分化是后續(xù)的生殖生長(zhǎng)及世代交替的保證，在實(shí)際應(yīng)用中能夠保證農(nóng)作物的產(chǎn)量。分生組織的維持及分化由特定的蛋白組分如轉(zhuǎn)錄因子，多肽信號(hào)和受體及植物激素如生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素共同調(diào)控，但植物激素間以及激素與蛋白間互作調(diào)控FM維持及分化的機(jī)制未有系統(tǒng)研究。

　　中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心劉西崗研究組以擬南芥花分生組織為研究材料，利用分子及細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和生化分析結(jié)合生物信息學(xué)，系統(tǒng)研究生長(zhǎng)素反應(yīng)因子AUXIN RESPONSE FACTOR3(ARF3)介導(dǎo)生長(zhǎng)素及轉(zhuǎn)錄因子AGAMOUS(AG)對(duì)細(xì)胞分裂素活性調(diào)節(jié)進(jìn)而調(diào)控FM維持及分化的分子機(jī)制。

　　研究表明，細(xì)胞分裂素的內(nèi)穩(wěn)態(tài)對(duì)于FM的維持及分化非常重要。生長(zhǎng)素可以通過(guò)促進(jìn)ARF3的表達(dá)來(lái)抑制細(xì)胞分裂素的活性進(jìn)而促進(jìn)FM的分化。在這個(gè)過(guò)程中ARF3可以直接抑制細(xì)胞分裂素的合成基因IPT3/5/7的表達(dá)，同時(shí)間接抑制合成基因LOG家族基因的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞分裂素含量的降低。在分生組織組織中心（organizing center, OC），ARF3可以直接抑制細(xì)胞分裂素受體AHK4的表達(dá)，從而降低OC區(qū)細(xì)胞分裂素的活性，導(dǎo)致干細(xì)胞活性維持基因WUSCHEL表達(dá)的程序化終止。同時(shí)對(duì)花器官?zèng)Q定及FM分化起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄因子AG對(duì)于ARF3的表達(dá)有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，在花發(fā)育的3-4期，AG通過(guò)抑制ARF3的表達(dá)，維持細(xì)胞分裂素的活性，促進(jìn)細(xì)胞周期基因的表達(dá)，保證細(xì)胞的分裂從而保證分生組織的維持及花器官的產(chǎn)生，在花發(fā)育的5-6期，AG和生長(zhǎng)素一起促進(jìn)ARF3的表達(dá)來(lái)抑制細(xì)胞分裂素活性，保證FM的程序化分化。

　　1月25日，研究結(jié)果在線發(fā)表在Plant Cell上。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃和中科院“百人計(jì)劃”及植物細(xì)胞及染色體工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。