植物持续生长需要多种分生组织的活动。分生组织中存在干细胞生态位 (Stem-Cell Niche, SCN) ，它围绕着一组被称为“静止中心” （quiescent centre , QC） 的有丝分裂活性低的细胞 【1】 。将SCN包括QC切除，这部分可以在几天内完全再生 【2】 ，这一过程受到再生能力因子 (如ERF115) 和多种植物激素控制 【3,4】 。
生长素在许多植物的发育过程中起着重要作用，生长素的活性是根尖再生的关键 【5】 。在根分生组织中，生长素通过PINs蛋白运输，在SCN处聚集。前人的研究认为生长素在植物地上部分产生，然后运输到根部。数学建模分析表明这种运输作用就可以满足根部的生长素需求。但在根系局部生长素合成不足的突变体，地上部分生长素运输并不能使其表型恢复，说明根分生组织中的局部生长素合成也发挥功能。近期的研究表明，根分生组织中生长素的合成和运输存在着部分功能冗余的作用，说明生长素的合成和运输在不同的发育情景中存在着复杂的相互作用。虽然植物组织的损伤通常与生长素生物合成的活性增加有关，但这一过程是否发生在根再生过程中以及对生长素空间分布的贡献尚不清楚。
近日，以色列希伯来大学Idan Efroni课题组联合以色列理工学院、加拿大阿尔伯塔大学在Nature Plants发表了题为Local auxin biosynthesis is required for root regeneration after wounding的研究论文，利用组织和阶段特异性抑制生长素生物合成机制阐释了根尖再生过程中局部生长素合成的动态作用。
在这项研究中，作者首先通过构建生长素生物合成被抑制的突变体和使用竞争性抑制剂处理，证明生长素的生物合成是根尖再生需要的。
Auxin biosynthesis is required for root tip regeneration
进一步对不同再生阶段的实验表明，生长素的生物合成在整个再生过程中都是必需的。在再生过程中，多个局部生长素源依次被诱导。而PIN蛋白介导的生长素极性运输不是根尖再生所必需的。ERF115基因缺陷的植物在根损伤后不能诱导局部生长素的合成。最后作者发现，在细胞分化再生的过程中，生长素水平的调节也是必需的。
Auxin is sufficient to induce regeneration in high-cut roots
综上所述，该研究通过遗传、生化等技术手段展现了植物损伤诱导的生长素长期动态的变化模式，揭示了生长素在植物损伤后细胞分裂分化组织再生中的重要作用。
1. Heidstra, R. & Sabatini, S. Plant and animal stem cells: similar yet different. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 15, 301–312 (2014).
2. Feldman, L. J. The de novo origin of the quiescent center regenerating root apices of Zea mays. Planta 128, 207–212 (1976).
3. Heyman, J. et al. The heterodimeric transcription factor complex ERF115–PAT1 grants regeneration competence. Nat. Plants 2, 16165 (2016).
4. Zhou, W. et al. A jasmonate signaling network activates root stem cells and promotes regeneration. Cell 177, 942–956 (2019).
5. Weijers, D. & Wagner, D. Transcriptional responses to the auxin hormone. Annu. Rev. Plant Biol. 67, 539–574 (2016).
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41477-020-0737-9
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