顾红雅教授实验室发现调控植物角质层发育的新途径

植物表皮细胞是植物与外界环境接触并发生物质和信息交换的重要“界面”。在从水生演化为陆生的过程中,植物产生了覆盖其表面细胞的疏水脂类——角质层,以适应陆地上相对“干燥”的环境。角质层也有防御外界生物(如微生物和昆虫)入侵、调节光对于植物细胞的影响等功能。在植物发育过程中,角质层还参与控制心皮闭合以及植物授粉时花粉粒与雌蕊的乳突状细胞融合等重要的生理过程。角质层的疏水物质是多种物质的混合物,它们的合成涉及到多种酶促反应,合成之后还需要在多个细胞内区室间转运,因此这些物质的合成与运输是一个高度复杂和精细调控的过程。

近年来,人们已经在玉米、水稻、拟南芥等植物中发现多种与表面疏水物质合成、衍生与分泌相关的基因;但这些基因是如何调控的等机理方面的进展甚少,长期以来,只有少数参与这一过程的调控基因得到了克隆和鉴定。蛋白质与植物基因研究国家重点实验室成员、生命科学学院教授顾红雅研究组最新在线发表在《植物细胞》(Plant Cell)上的论文找到了一个参与这一调控过程的新的基因。

他们通过分析一株具有卷叶表型的水稻突变体,找到了导致卷叶的基因CFL1。该基因是一个新的基因,编码一个具有WW结构域的未知功能蛋白,同时在拟南芥中找到它的同源基因At CFL1。在拟南芥中过量表达At CFL1基因之后发现会出现器官融合的表型。同时,他们还发现这些转基因拟南芥的表皮细胞的形态发生畸变,覆盖表皮细胞的蜡质晶体也大量减少。进一步的分析表明,这些异常现象都是由于角质层发育缺陷造成的。通过与德国波恩大学Lukas Schreiber教授实验室的合作,他们确定有多种角质层的组成成分发生了改变。那么,CFL1是如何影响角质层发育的呢?他们进一步工作表明, CFL1会通过与一个重要的植物转录因子HDG1发生相互作用来调节其功能,而HDG1这个转录因子直接参与调控两个角质层发育过程中的关键基因BDG和FDH的表达。

目前对于植物角质层发育的研究主要集中在成分合成及运输方面,但对于基因表达调控方面的研究较为匮乏。顾红雅教授实验室的这项研究不仅找到了一条新的角质层发育的调控途径,而且为植物角质层发育的基因调控研究提供了新的思路。

 

编辑:焱悠

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