Nature Plants | 油菜素甾醇的局部合成促进根的最佳生长

撰文 | 喜之郎

责编 | 王一

油菜素甾醇 （Brassinosteroid, BR） 是一类植物特有的甾醇类激素，对植物生长发育至关重要。研究表明，BR的合成基因通常在在幼嫩、发育中的组织表达量较高 【1,2】 ，但目前仍然缺乏高分辨率的BR生物合成时空表达谱。

分生区是根发育的关键区域，根的生长通过顶端分生组织中细胞的持续分裂来维持。在植物根发育过程中，BR 调节细胞分裂并控制细胞伸长，在决定根的分生组织大小中至关重要 【3,4】 。BR浓度过高会导致分生组织细胞过早地伸长和分化，这可能是由于在根尖的纵轴方向存在BR信号梯度，并在延伸区达到峰值 【5】 。然而，决定拟南芥根中BR信号梯度的因素尚不清楚。

2021年5月18日，比利时根特大学Eugenia Russinova团队在Nature Plants在线发表了题为Local brassinosteroid biosynthesis enables optimal root growth的研究工作，揭示了局部的BR合成对分生组织最佳活性的维持和细胞伸长具有重要作用。Nature Plants同期发表了题为Plants on (brassino)steroids的评论文章，对该工作进行了进一步介绍。

该研究首先在拟南芥的根中对BR生物合成途径中已知的酶进行了定位分析，结果发现大多数细胞并不具备BR途径所需的所有酶，这暗示细胞之间必须进行物质交换才能实现激素的合成。随后的实验表明，BR的中间体以及BR的活性形式如油菜素甾酮 (castasterone, CS) 和BL可以在领近的根细胞之间进行短距离交换。

在研究BR合成酶定位的过程中，研究人员发现BR合成基因的表达量在拟南芥根的延伸区达到最大值。值得一提的是，BR信号强度的最大值区与根的延伸区高度重叠，这表明激素的生物合成决定了信号响应的局部水平。

图 局部BR的合成调控根的生长

最后，作者提出了以下工作模型：BR信号的外输存在一个沿根尖纵轴方向产生的浓度梯度，这使根分生组织能达到最佳细胞分裂速率和延伸区具有最佳细胞的扩张。在BR缺陷型突变体中，所有根细胞的伸长均受到损伤，从而导致细胞长度缩短和分生组织活性降低。低浓度的BL只能挽救BR生物合成突变体中根分生组织的结构，而只有高浓度的BL才能使细胞完全伸长。

综上所述，该研究发现BR信号水平与局部激素积累相对应。BR的积累通过BR生物合成酶的表达以及短距离的运输实现。局部BR的产生会引起局部激素的积累，从进而触发信号传导使分生区的细胞逐渐转变成延伸区。

参考文献

1. Shimada, Y. et al. Organ-specific expression of brassinosteroid-biosynthetic genes and distribution of endogenous brassinosteroids in Arabidopsis. Plant Physiol. 131, 287–297 (2003).

2. Symons, G. M., Ross, J. J., Jager, C. E. & Reid, J. B. Brassinosteroid transport. J. Exp. Bot. 59, 17–24 (2008).

3. González-García, M.-P. et al. Brassinosteroids control meristem size by promoting cell cycle progression in Arabidopsis roots. Development 138, 849–859 (2011).

4. Kang, Y. H., Breda, A. & Hardtke, C. S. Brassinosteroid signaling directs formative cell divisions and protophloem differentiation in Arabidopsis root meristems. Development 144, 272–280 (2017).

5. Chaiwanon, J. & Wang, Z.-Y. Spatiotemporal brassinosteroid signaling and antagonism with auxin pattern stem cell dynamics in Arabidopsis roots. Curr. Biol. 25, 1031–1042 (2015).

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-021-00917-x