中国科学院揭示参与植物不同类型根发育的同源分子模块

2023年8月8日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心徐麟研究组于《Cell Reports》杂志上在线发表了题为“WOX-ARF modules initiate different types of roots”的文章，解析了拟南芥起始不同类型根时使用的同源分子模块。

种子植物拟南芥生长素信号通路中的Class-AARF（A-ARF）转录因子在不同类型根起始中有着特异的功能。拟南芥基因组编码了3组A-ARF：ARF5、ARF7/19、ARF6/8。虽然这些A-ARF基因的表达特异性不高，但它们的发育功能具有特异性，其中ARF5控制胚胎发育时的主根起始过程，ARF7/19控制侧根起始。通过对拟南芥离体叶片再生不定根体系的研究发现，ARF6/8参与不定根的起始过程。拟南芥调控干细胞命运的Intermediate-clade WOX（IC-WOX）转录因子在不同类型根起始中也发挥着特异的功能。在离体叶片再生不定根过程中，WOX11特异表达在不定根的创始细胞中，控制其向根原基的起始过程。拟南芥的WOX9表达在胚胎中的主根创始细胞（也称为垂体细胞）中，控制着主根创始细胞的特化和其起始主根的过程。研究发现，WOX11可以与ARF6/8形成蛋白复合体，而WOX9可以与ARF5形成复合体。在离体叶片再生不定根过程中，WOX11-ARF6/8复合体可以在不定根创始细胞中激活RGI2、LBD16等基因的表达，从而推动不定根创始细胞起始为根原基。在侧根起始过程中，ARF7/19可以在没有IC-WOX蛋白的协助下完成对RGI2、LBD16等基因的激活，从而推动侧根创始细胞起始为根原基。在主根起始过程中，WOX9-ARF5复合体可以激活RGI2等基因的表达，推动主根的起始。通过上述研究，作者认为WOX-ARF形成复合体说明生长素信号通路和干细胞调控通路需要紧密配合来起始根原基，且WOX-ARF的分工组合可以起始不同类型的根：WOX11-ARF6/8参与不定根创始细胞起始根原基过程；ARF7/19参与侧根创始细胞起始根原基过程；WOX9-ARF5参与主根创始细胞起始主根的过程。作者推测，种子植物这些不同类型的根可能在进化上起源于其祖先的一种原始根，这种原始根可能利用了古老而单一的IC-WOX和A-ARF的组合进行起始发育。