Nature Plants | 侧根起始过程中的不对称细胞分裂调控机制

根分支是根系构型的主要决定因素。侧根的发生起始于特定的中柱鞘细胞，这些细胞被称为建成细胞，建成细胞进行一系列紧密协调的不对称细胞分裂从而形成侧根原基【1】。侧根起始是由侧根帽细胞的周期性死亡引起的，在伸长区引起生长素信号的震荡，从这些以生长素信号为标志的细胞中，可以产生一个具有形成侧根原基能力的分支前位点【2，3】。原基形成的特征是两个或三个相邻的木质部极周细胞的核协调迁移，然后是一系列组织良好的细胞分裂。侧根形成前或侧根形成过程中的不同步骤需要特定分子的参与【4】。除了生长素信号级联和转录因子LBD16外，目前还未发现更多调节侧根起始的成员【5，6】。

近日，比利时根特大学植物生物技术与生物信息学系Tom Beeckman团队在Nature Plants上发表了题为GOLVEN peptide signalling through RGI receptors and MPK6 restricts asymmetric cell division during lateral root initiation的研究论文，揭示了侧根起始过程中的不对称细胞分裂调控机制。

该研究发现，参与侧根起始过程的GOLVEN/ROOT GROWTH FACTOR/CLE-like (GLV/RGF/CLEL) 信号肽家族成员GLV6和其同源基因GLV10的功能缺失型突变导致侧根起始过程中不对称细胞分裂的增加。进一步的研究发现，在侧根起始过程中，富含亮氨酸重复序列类受体激酶RGI1,4,5可以作为GLV6的识别受体。

为了深入揭示侧根起始过程中GLV信号通路的下游调控因子，研究人员进行了GLV6的抑制子筛选试验，发现丝裂原活化蛋白激酶MPK6可以作为GLV6的直接下游信号发挥功能。GLV6/10通过RGF1不敏感受体和MPK6信号途径抑制不对称细胞分裂过程，以限制在侧根起始过程中发生的初始不对称细胞分裂的数量。该研究提出了一个分泌的GLV肽如何限制最初的非对称细胞分裂在侧根启动过程中发生的模型。

Model for GLV6/10 signalling restricting ACD during LR initiation.

参考文献

1. Moreno-Risueno, M. A. et al. Oscillating gene expression determines competence for periodic Arabidopsis root branching. Science 329, 1306-1311 (2010).

2. Xuan, W. et al. Cyclic programmed cell death stimulates hormone signaling and root development in Arabidopsis. Science 351, 384-387 (2016).

3. De Smet, I. et al. Bimodular auxin response controls organogenesis in Arabidopsis. Proc. Natl Acad. Sci. USA 107, 2705-2710 (2010).

4. De Rybel, B. et al. A novel aux/IAA28 signaling cascade activates GATA23-dependent specification of lateral root founder cell identity. Curr. Biol. 20, 1697-1706 (2010).

5. Fernandez, A. et al. Transcriptional and functional classification of the GOLVEN/ROOT GROWTH FACTOR/CLE-like signaling peptides reveals their role in lateral root and hair formation. Plant Physiol. 161, 954-970 (2013).

6. Fernandez, A. et al. The GLV6/RGF8/CLEL2 peptide regulates early pericycle divisions during lateral root initiation. J. Exp. Bot. 66, 5245-5256 (2015).

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41477-020-0645-z