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王雷研究组揭示了生物钟通过能量信号调控根发育的新机制

PRR-TZF1-TOR分子通路介导生物钟调节根的形态发育

生物钟通过感知及预测光温等环境因子的昼夜节律性变化动态,协调细胞生理代谢活动多种发育过程,在时间维度为植物生长与发育提供了适应性优势。生物钟系统包括感知外界环境信号的输入途径、整合环境因子昼夜节律性动态变化的中央振荡器、以及调控生长与代谢昼夜节律性的输出途径。目前已知多种生长发育过程和物质代谢受到生物钟在时间维度的调控,如开花时间和下胚轴细胞的昼夜节律性伸长等,但对于生物钟是否调节根的发育形态及其相关机制并不清楚。

近日,中国科学院植物研究所王雷研究组通过多种生理生化实验,并结合遗传证据,全面系统地解析了植物生物钟核心振荡器关键因子PRR5PRR7PRR9通过TZF1-TOR信号通路调控植物根分生区细胞分裂的活跃程度,进而调节根形态发育的分子机制。拟南芥中糖介导的TOR信号可以通过感受细胞的能量状态调控根尖分生区细胞增殖的活性。他们研究发现TOR基因的转录水平呈现较强的昼夜节律性动态,利用已发表的大数据进行生物信息学分析表明PRRs蛋白与TOR参与调控的基因存在高度的重叠。进一步生理实验发现PRRs的突变体对糖激活的TOR信号敏感性降低,生化实验分析表明根中TOR的转录水平下降,根尖分生区细胞增殖活性减弱,根的生长也受到限制。但是由于PRRs蛋白主要作为转录抑制因子发挥作用,说明在prr579突变体中TOR mRNA水平降低可能不是PRRs蛋白的直接效应。进一步分析转录组数据发现prr579突变体中具有结合RNA能力的CCCH类锌指蛋白编码基因TZF1表达上调并且PRRs能够结合TZF1启动子并抑制其转录表达。生化和遗传分析表明PRRsTZF1作用在同一信号通路调节拟南芥根的形态发育。进一步研究发现TZF1蛋白可以直接结合TOR mRNA影响其稳定性,从而负调控TOR信号,进而影响根的形态发育决定。

该研究近日在国际学术期刊Nucleic Acids ResearchIF=11.561)在线发表王雷研究组工程师李彬和已毕业博士生王岩为该论文共同第一作者,王雷研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和中国科学院前沿科学重点研究项目以及中国科学院战略性先导科技专项(B类)的支持、以及中组部青年千人计划基金的资助。
文章链接:https://doi.org/10.1093/nar/gkz191


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