陕西
生长素是植物生长发育的核心激素，调控从胚胎形成到根系发育的多个过程。经典的TIR1/AFBs依赖的核内信号通路已被广泛研究，但蛋白翻译后修饰（Post-Translational Modification, PTM）如何动态调节生长素信号仍不清晰。SUMO化修饰作为一种重要的PTM，近年来在植物胁迫响应和发育中逐渐受到关注，但其在生长素信号中的作用尚未阐明。
近日，山东大学生命科学学院丁兆军/孔祥培教授团队在国际学术期刊Advanced Science在线发表了题为SIZ1-Mediated SUMOylation of LBD29 Recruits ARF7 to Fine-Tune Auxin Signaling in Lateral Root Development的研究论文。该研究发现，SUMO E3连接酶SIZ1介导的SUMO化修饰在生长素信号转导中发挥重要作用，它通过对转录因子LBD29进行SUMO化修饰，增强其与ARF7的互作，进而精确调控侧根的发育进程。
研究团队发现，生长素能够强烈诱导SIZ1介导的SUMO化反应，进而重塑SIZ1蛋白的互作组。RNA-seq分析显示，近40%的野生型（Col-0）特异的生长素响应基因完全依赖SIZ1的存在。通过整合RNA-seq和免疫沉淀-质谱（IP-MS）数据，研究团队鉴定出103个在转录和蛋白水平上均受SIZ1调控的基因。
在这些SUMO化修饰靶标中，转录因子LBD29已经被证实是调控侧根形成的关键因子。体内和体外SUMO化实验显示，LBD29能够被SUMO化修饰并且这种修饰依赖SIZ1。随后鉴定到第21位和第24位赖氨酸是其关键的SUMO化修饰位点。这两个位点的点突变形式（K突变成R，不能被SUMO化修饰）显著抑制了LBD29对下游靶基因启动子的结合能力和转录激活能力。侧根表型分析发现，这两个位点对于LBD29响应生长素信号促进侧根发育是必需的。进一步的研究发现，SUMO化修饰促进LBD29与ARF7之间的相互作用，稳定了转录激活复合物，从而增强下游基因的表达。与此一致，siz1-2和siz1-3突变体均表现出生长素响应减弱和侧根发育受阻的表型。此外，SIZ1本身的转录也受到生长素的诱导，并且这一过程依赖于ARF7/ARF19，从而形成了一个正反馈调控通路。
综上所述，该研究系统阐明了SIZ1介导的SUMO化修饰如何通过整合经典的ARF7-LBD29转录调控网络，协同驱动侧根发育的分子机制。该研究强调了蛋白翻译后修饰在拓展生长素信号功能多样性方面的重要性，为理解植物如何通过多层调控实现发育可塑性提供了全新视角。该研究不仅深化了我们对生长素信号精确调控的理解，也为作物根系改良和抗逆育种提供理论依据和潜在靶点。
山东大学生命科学学院博士后隋佳璇为该论文的第一作者，丁兆军教授和孔祥培教授为该论文的共同通讯作者。山东大学已毕业硕士研究生殷倩兰做出重要贡献。山东大学已毕业硕士研究生陈怡颖和张立平、山东大学博士研究生于修远、聊城大学于倩倩副教授也参与此研究工作。华南师范大学阳成伟教授、中国科学院植物研究所金京波研究员、西北农林科技大学贾敏教授为该研究提供重要载体和突变体材料。该研究得到了山东省重点研发计划（农业良种工程）项目、国家自然科学基金、山东省泰山学者项目、山东省自然科学基金、山东大学齐鲁青年学者学科建设经费、山东省博士后基金等项目资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.76633
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