eLife| 德国马普科学家揭示植物成花过程的调节机制

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eplants    2020-12-16    586

  2020年12月13日,eLife 在线发表了德国马普植物育种研究所George Coupland 教授为通讯作者题为“Regulation of shoot meristem shape by photoperiodic signaling and phytohormones during floral induction of Arabidopsis”研究论文。该研究提供了一个时间和空间框架来整合开花的GRN和SAM的细胞变化,并强调了赤霉素的局部调节作用。

  在植物中,所有的茎组织都来自茎尖分生组织(SAM),这是植物顶端的一组细胞,其中包括一群自我更新的干细胞。器官原基在SAM的侧翼连续形成,在生长和发育过程中,这些器官原基的身份会发生变化。在模式植物拟南芥中,叶原基是在营养生长过程中形成的,但在成花阶段,SAM的发育特征转变为花序分生组织,并启动了花原基的形成。这种形状的变化被称为穹顶,发生在花朵过渡的早期,当时它是由环境因素(如日长的变化)诱导的,但它是如何在细胞水平上调节的尚不清楚。

  本研究,揭示了成花诱导过程中对长日照(LDS)反应的SAM的早期细胞变化,并确定了控制开花时间的基因或编码调节植物激素赤霉素(GA)水平的酶的作用。确定了拟南芥成花阶段中SAM的形态和细胞特征。细胞数量和大小都在穹顶过程中增加,这些变化部分由触发开花的基因调控网络(GRN)控制。此外,赤霉素生物合成和分解代谢酶在SAM中表达的动态调节有助于穹顶的形成。这些酶的表达受与开花有关的两个MADS结构域转录因子的调控。

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  花转换过程中GA2ox4和GA20ox2在SAM中表达动态的工作模型

  (1)GA2ox4、GA20ox2、SVP和SOC1在营养生长期(左)、穹顶期(中)和花序(右)中表达的时空格局显示出GA2ox4(黄色)、GA20ox2(绿色)、SVP(蓝点)和SOC1(红点)的积累区。(B)营养生长期、穹顶生长期和花序顶端SVP和SOC1对GA2ox4和GA20ox2调节的示意图;(2)SVP和SOC1对GA2ox4和GA20ox2调控的示意图;(2)SVP和SOC1对GA2ox4和GA20ox2调控的示意图;(3)SVP和SOC1对GA2ox4和GA20ox2的调控。SVP在营养生长期激活GA2ox4,但GA2ox4仍然存在于SVP突变体的营养分生组织中,这表明在该阶段存在一种未知的X因子特异性地诱导GA2ox4。在隆起阶段L1的PZ中GA20ox2的激活表明在那里存在一种特异的诱导GA20ox2的因子Y。(C)营养分生组织(左)、过渡分生组织(中)和花序分生组织(右)中SVP和SOC1与GA2ox4位点直接结合的动态。CZ:中心区,PZ:外围区,IM:花序分生组织,FM:花分生组织。普通箭头表示直接绑定,虚线箭头表示非直接交互。

  该研究提供了一个时间和空间框架来整合开花的GRN和SAM的细胞变化,并强调了赤霉素的局部调节作用。

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