研究洞穿植物再生的创口确定性信号转导机制

作者: 生命科学  发布:2019-11-03
伤口让植物“痛”并“快活”着
研究揭示植物再生的伤口信号转导机制

中科院上海植物生态所提出“根从头再生”的发育学框架

2016年5月11日应我校生命科学学院朱自强副教授和江苏省生物化学与分子生物学学会青年委员会的邀请,中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所徐麟研究员来我校生科院进行学术交流,并在生科院三楼圆形会议室做题为“植物再生与细胞多能性的分子机制研究”的学术报告。学术报告由我院朱自强副教授主持,生科院部分老师、研究生以及本科生参加了报告会。

强大的再生能力是植物适应严酷环境所必需的生存技能之一。受伤离体的枝条或叶片掉落在湿润的土壤表面后,能够在伤口处快速再生不定根,继而生存下去。“受伤”是引发再生的原因,但伤口信号如何控制再生,目前知之甚少。

本报讯根从头再生是植物体在受损后实现根发生的过程。在扦插和组织培养过程中,根从头再生机制可以使剪切下的植物体产生不定根,以延续植物的生存。12月12日,《当代植物生物学观》杂志在线发表了中科院上海植物生理生态研究所徐麟研究组的相关综述论文,系统介绍了根从头再生的发育学框架和最新研究进展。

徐麟研究员2008年获法国斯特拉斯堡第一大学博士学位,2008-2013年任中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所副研究员,2013年起任中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员。主要研究植物干细胞与再生的分子机制,以第一作者或通讯作者在Plant Cell、PLoS Genetics、Plant Physiology等学术期刊发表十余篇论文,2014年获得国家自然科学基金优秀青年基金。

近日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所研究员徐麟团队联合南通大学、美国佐治亚大学、中科院上海有机化学研究所等机构,揭示了植物再生的伤口信号转导机制,相关研究结果4月22日发表于《自然—植物》。

该综述以模式植物拟南芥离体叶片再生不定根为主要模型,并结合目前多种不定根发生的研究体系,归纳总结出根从头再生过程中的三个主要阶段和参与其中的两类细胞。第一阶段是早期信号转导:伤口信号、环境信号和叶片自身发育状态等作为早期信号,被“转换器细胞”(主要指叶边缘、叶肉和部分维管细胞)感应。第二阶段是生长素累积:转换器细胞将输入的早期信号转换为生长素信号输出至 “再生潜能细胞”(主要指维管中的原形成层和部分薄壁细胞)。第三阶段是细胞命运转变:再生潜能细胞在生长素指导下发生命运转变,最终形成不定根。

报告会中徐麟研究员系统介绍了他课题组近年来在植物器官从头发生途径方面所做的研究,徐麟研究员课题组发现拟南芥离体叶片在不含任何植物激素的培养基上可以诱导叶片伤口处不定根的发生,通过一系列遗传学与细胞学的研究最终发现伤口诱导植物激素生长素在叶片伤口处积累,通过激活WOX11以及WOX11下游的LBD16和WOX5/7信号途径诱导不定根发生。

再生体系“无心插柳柳成荫”

《中国科学报》 (2017-12-18 第4版 综合)

此外徐麟研究员还介绍了他们课题组对单子叶与双子叶植物再生能力差异的研究。发现单子叶植物水稻愈伤组织起始于维管束外鞘细胞,而维管束外鞘会随着水稻的生长很快分化为薄壁细胞,这些薄壁细胞不具有再生能力。报告结束后,徐麟研究员与现场的老师同学们进行相互交流,耐心详细地解答了老师和同学提出的问题,并与师生就相关问题进行了热烈讨论。最后,报告会在热烈的掌声中顺利结束。

植物再生是指植物受到伤害后,可以进行自我修复或自我替换的过程,它是一种自然现象。徐麟在接受《中国科学报》采访时表示:“植物再生与动物的再生能力很像,如壁虎断尾、皮肤伤口愈合等。有些时候,植物的再生能力比动物还要强大。”

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折下一枝柳条,插在土壤里,它可以长成一颗柳树。“这是因为在这枝插到土壤中的柳条的伤口基部,会长出很多根,长了根的柳条就会生存下去,这就是根再生。”徐麟指出,将这种根再生的现象运用到农业技术中,就是扦插。

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因此,研究人员利用植物根再生的特性,建立了有效的再生体系。将模式植物拟南芥的离体叶片放置于湿润的、不添加外源激素的培养基表面,完全依靠离体叶片内源激素,可以在伤口处自发再生不定根。

生命科学学院供稿

“该再生体系再生效率高、不添加任何激素、便于观察,是研究伤口信号转导的有效再生体系。”徐麟说。

2016年5月11日

华中农业大学生命科学技术学院教授赵毓告诉《中国科学报》,合适的植物材料和有效实验体系的选用对研究植物再生机制来说非常重要。“本研究所用的再生体系相对简单且操作方便,培养基比较单纯,可以很明显地观察植物再生过程中的结构层次,是发现植物再生相关机制的关键基础。”

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