“双非”高校院长团队发表《PNAS》

近日，杭州师范大学生命与环境科学学院薛大伟教授团队成员牟望舒副教授与比利时鲁汶大学Bram Van de Poel教授、美国马里兰大学Caren Chang教授与美国北卡罗纳大学Joseph J. Kieber教授等合作，在国际知名期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表题为“Ethylene-independent modulation of root development by ACC via down-regulation of WOX5 and group I CLE peptide expression”的研究性论文。该研究阐释了植物激素乙烯的合成前体ACC通过下调WOX5及Group I CLE小肽基因的表达，独立于乙烯调控拟南芥根系发育的分子机制。

在高等植物中，1-氨基环丙烷-1-羧酸（1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid，ACC）是乙烯生物合成的直接前体。由于乙烯为气体，操作不便，长期以来大多数研究普遍使用ACC作为乙烯的替代物，以诱导植物合成乙烯并产生信号响应。因此，传统观点认为ACC的功能等同于乙烯。然而，近年来的研究表明ACC能够独立于乙烯调控植物的生长发育，但其具体作用机制尚未完全阐明。

该项研究发现，ACC能够不依赖乙烯途径，抑制拟南芥主根的伸长。进一步分析显示，ACC处理使主根分生区长度变短，分生细胞数量减少，但细胞大小未见明显变化，表明ACC抑制了根尖分生区细胞的分裂。并且，该抑制作用部分是由于ACC下调了根尖干细胞龛关键调控基因WOX5在静止中心（QC）的表达水平并改变其空间表达模式所致。

图2. ACC能够独立于乙烯抑制拟南芥主根的伸长

另一方面，与乙烯抑制侧根形成的作用相反，ACC能够正调控侧根发育并加速侧根原基的突破。进一步研究表明，ACC可能通过抑制CLE小肽家族中Group I成员的表达，激活其下游转录因子LBD18，从而促进侧根发育。

图3. ACC能够独立于乙烯正调控拟南芥侧根的发育

此外，有趣的是，研究还发现ACC对主根的抑制作用在36小时后才显著，且转录组数据也显示，差异表达基因在ACC处理40小时后才会大量出现。

图4. ACC调控拟南芥根系发育的模型图（图片源自PNAS）

该研究不仅有助于区分ACC与传统乙烯信号在植物生长发育中的调控差异，也为ACC独立生理调控功能的研究提供新见解。

杭州师范大学为论文第一通讯单位。生命与环境科学学院牟望舒副教授和美国北卡罗达大学生物系Ria Khare博士为该论文的共同第一作者。比利时鲁汶大学Bram Van de Poel教授、美国马里兰大学Caren Chang教授与美国北卡罗纳大学Joseph J. Kieber教授为共同通讯作者。浙江大学生命科学学院徐娟教授对该研究给予了大力帮助。杜克大学Philip Benfey教授实验室也对该工作做出了重要贡献。该成果得到了浙江省自然科学基金、比利时FWO博士后奖学金、美国国家科学基金（NSF）等基金的支持。

来源： 杭州师范大学