中国农业大学揭示玉米根毛生长调控机制

根毛在植物获取水分和营养以及应对生物及非生物胁迫的过程中起着重要作用。之前在拟南芥中的研究表明，根毛的起始生长和伸长是由一组 bHLH（basic helix-loop-helix）转录因子（TF，transcription factors）分级调控的。RHD6（ROOT HAIR DEFECTIVE6）和 RSL1（ROOT HAIR DEFECTIVE 6-LIKE1）编码属于 bHLH VIIIc 亚家族的转录因子，并且在根毛发育的起始阶段以部分冗余的方式调控根毛生长。此外，RSL2、RSL3、RSL4和LRL3（Lj-RHL1-LIKE3）等在 RHD6 和 RSL1 的下游起作用以驱动根毛的伸长【1-2】。

LRL 转录因子属于 bHLH XI 亚家族，可分为 XIa，XIb 和 XIc 三类。拟南芥基因组中有五个 LRL 基因，其中 AtLRL1，AtLRL2 和 AtLRL3 属于 XIa 亚家族可以冗余地正向调控根毛的发育；AtLRL4 和 AtLRL5 属于 XIb 亚家族，通过抑制 AtLRL3 的表达负面控制根毛生长【3】。此外，在百脉根（Lotus japonicas）、小立碗藓（Physcomitrella patens）和水稻等作物中也相继报道了 LRL 基因的同源基因。但是目前对其调控根毛生长中的细胞和分子调节途径依然不清楚。

近日，中国农业大学贺岩教授与陈立群副教授为共同通讯在 Plant Journal 在线发表了一篇题为 Characterization of LRL5 as a key regulator of root hair growth in maize 的研究论文，揭示了 ZmLRL5 在控制玉米根毛生长中的关键作用。

该研究对玉米根毛中表达最高的 bHLH 转录因子 ZmLRL5 进行了分析，发现单独干扰ZmLRL5 严重抑制根毛生长，表明 ZmLRL5 与玉米中的其他同源基因存在最小冗余。该研究表明，ZmLRL5在控制根毛生长中起关键作用并且 LRL 家族在调节根毛发育中的功能在进化上是保守的。

该研究通过 RNA-seq，酵母单杂交和核糖体图谱分析等确定了 ZmLRL5 的调控网络，发现 ZmLRL5 的表达降低会导致核糖体蛋白翻译途径中的转录受到抑制。这表明，ZmLRL5 可以通过直接调节玉米根毛生长过程中翻译过程/核糖体基因的表达来调节翻译过程中的关键参与者。

该研究还发现，ZmLRL5 的破坏会导致参与活性氧（ROS）的一组基因表达也被抑制。该研究推测这可能是因为ZmLRL5作为转录激活因子起作用，并直接调节这些 ROS 基因的表达，或是由于 zmlr15 株系中根毛的抑制生长而引起的次级效应。

zmlrl5突变体中根毛的生长受到抑制

总之，该研究分析了ZmLRL5 对玉米根毛生长的调控作用，并揭示了 ZmLRL5 的调控机制。

参考文献

【1】Menand, B., Yi, K., Jouannic, S., Hoffmann, L., Ryan, E., Linstead, P., Schaefer, D.G. and Dolan, L. (2007) An ancient mechanism controls the development of cells with a rooting function in land plants. Science, 316, 1477-1480.

【2】Bruex, A., Kainkaryam, R.M., Wieckowski, Y. et al. (2012) A gene regulatory network for root epidermis cell differentiation in Arabidopsis. PLoS Genet. 8, e1002446.

【3】Breuninger, H., Thamm, A., Streubel, S., Sakayama, H., Nishiyama, T. and Dolan,L. (2016) Diversification of a transcription factor family led to the evolution of antagonistically acting genetic regulators of root hair growth. Curr. Biol. 26,1622-1628.

点击底部“阅读原文”查看论文原文。