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PNAS∣硝酸盐通过细胞分裂素信号通路调节拟南芥顶端分生组织...

已有 2043 次阅读 2018-1-26 18:22 |系统分类:论文交流|关键词:学者

2018年1月23日,PNAS发表了题为“Nitrate modulates stem cell dynamics in Arabidopsis shoot meristems through cytokinins”的文章。


文章揭示了硝酸盐可以通过细胞分裂素信号通路起作用,调节拟南芥顶端分生组织干细胞稳态


由于在分生组织中胚胎干细胞的维持,植物在整个过程中都会产生器官。控制顶端分生组织中干细胞稳态和器官出现的分子机制已经有很好的研究,但是环境信号影响它们产生可塑性的方式在很大程度上是未知的。使用拟南芥的顶端分生组织作为模型系统,我们发现植物可以在几天内适应土壤中硝酸盐的可利用率的变化,相应的改变器官发生率,这归功于细胞分裂素激素前体的长程信号传导,最终植物在顶端分生组织中转化为活性激素,进而调节WUSCHEL(干细胞稳态的关键调节子)的表达。


摘要:

顶端分生组织(SAM)负责植物所有地上部分的生成。鉴于其关键作用,SAM活性的动态变化应该在植物结构适应环境的过程中发挥核心作用。利用定量显微镜,嫁接实验和基因干扰,我们通过描述细胞分裂素向SAM传递营养物可利用水平的分子机制,将植物环境与SAM相连接。结果表明,细胞分裂素前体的系统性信号介导调节SAM的大小和器官发生率对矿物质营养可用性的适应性,并且这一调节是通过调节WUSCHEL(干细胞稳态的关键调节子)的表达实现的。在time-lapse实验中,进一步表明,这种机制可以使分生组织适应硝酸盐浓度的快速变化,从而根据矿物质营养的可利用性,在几天内调节器官发生率。我们的工作揭示了干细胞调控网络的作用:它不仅能维持分生组织的稳态,还能使植物适应环境的快速变化。


Abstract:

The shoot apical meristem (SAM) is responsible for the generation of all the aerial parts of plants. Given its critical role, dynamical changes in SAM activity should play a central role in the adaptation of plant architecture to the environment. Using quantitative microscopy, grafting experiments, and genetic perturbations, we connect the plant environment to the SAM by describing the molecular mechanism by which cytokinins signal the level of nutrient availability to the SAM. We show that a systemic signal of cytokinin precursors mediates the adaptation of SAM size and organogenesis rate to the availability of mineral nutrients by modulating the expression of WUSCHEL, a key regulator of stem cell homeostasis. In time-lapse experiments, we further show that this mechanism allows meristems to adapt to rapid changes in nitrate concentration, and thereby modulate their rate of organ production to the availability of mineral nutrients within a few days. Our work sheds light on the role of the stem cell regulatory network by showing that it not only maintains meristem homeostasis but also allows plants to adapt to rapid changes in the environment.






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