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遺傳發育所發現植物幹細胞命運決定新機制

2020-09-18 遺傳與發育生物學研究所
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  固着生长的高等植物能够不断调整器官发生和发育进程,从而适应复杂多变的环境条件。与动物相比,植物的生长发育表现超强的可塑性,这主要取决于其干细胞組織結構。以模式植物擬南芥根尖分生組織爲例,幹細胞組織中心(靜止中心,Quiescent center,QC)與其周圍幹細胞共同構成根尖幹細胞微環境,爲根的生長發育持續不斷地提供細胞源。WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 5WOX5)是一個在幹細胞組織中心特異表達的HOMEOBOX家族基因,對幹細胞組織中心的命運決定有至關重要作用。 

  一般認爲,根尖幹細胞微環境的建立和維持受到兩條核心轉錄因子通路的嚴格控制:即縱向的PLETHORA(PLT)途徑和徑向的SHORTROOT(SHR)/SCARECROW(SCR)途徑。但這些轉錄因子如何精細調控WOX5的時空特異表達進而控制幹細胞組織中心的命運決定並不明確。 

  中国科学院遺傳與發育生物學研究所研究员李传友研究组长期致力于根系可塑性发育的机理研究。其此前发现,逆境茉莉酸与生长素互作,通过改变干细胞活性调控根系的可塑性发育,且调控损伤诱导的组织修复和根系再生过程。該課題組最新研究表明,動植物中保守的LIM-domain binding(LDB)家族轉錄調控因子SEUSS(SEU)調控幹細胞組織中心的命運決定。研究發現,seu突變體中WOX5表達顯著下降,且該突變體與wox5突變體呈現類似的幹細胞發育缺陷。深入研究表明,SEU作用于SHR/SCR通路正向調控WOX5表達和幹細胞組織中心的建立。SEU通過與轉錄因子SCR直接互作而被招募到WOX5啓動子;然後,SEU通過直接互作招募組蛋白甲基轉移酶SDG4WOX5啓動子並誘導組蛋白H34位賴氨酸的三甲基化H3K4me3),進而激活WOX5表達。該研究表明,SEU作爲支架蛋白整合核心轉錄因子與表觀遺傳因子的功能, 形成SCR-SEU-SDG4轉錄複合體從而精確調控WOX5的時空特異表達和幹細胞組織中心的命運決定。 

  相關成果發表在The EMBO Journal上,博士研究生翟华伟、博士后张潇月为論文共同第一作者,李传友、中国农业大学教授周文焜为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金委、中科院王宽诚教育基金等项目的资助。 

SEU整合遺傳因子SCR和表觀遺傳因子SDG4激活WOX5表達並調控QC特性建立的分子機制

打印 責任編輯:程博

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