科研进展

植物所科研人员揭示钙信号调控植物愈伤组织形成机制

来源:植物研究所发布时间:2022-06-29

  植物细胞具有很高的全能性,它赋予植物在活体和离体条件下极强的再生能力。目前基于植物细胞全能性发展起来的植物离体再生体系已被广泛应用于植物生物技术和基因改良中。在经典的植物离体再生体系中,生长素诱导的愈伤组织形成是离体再生的第一步,它一直被认为是植物细胞脱分化获得全能性的过程,也在很大程度上决定了植物的再生能力。最近的研究显示,生长素诱导的愈伤组织形成通过根发育通路实现,在此过程中根干细胞特征基因的激活对于器官的从头再生是必需的。而钙信号是真核生物重要的细胞信号,参与调控了发育和环境响应的多个过程。目前应用于植物离体再生的培养基中均含有较高浓度的钙离子成分。但迄今为止,关于钙信号是否参与愈伤组织形成及植物再生能力的调控尚不明确。 

  中科院植物所胡玉欣研究组在鉴定调控植物愈伤组织形成能力的重要因子过程中发现,拟南芥钙调素(CaM)结合蛋白IQM5的一个显性负突变显著抑制了其各个器官的愈伤组织形成能力。研究显示在拟南芥中钙离子信号模块CaM-IQM成员的缺失导致了愈伤组织和侧根形成缺陷。进一步研究发现,钙信号模块CaM-IQM可以与生长素信号的关键抑制因子IAAs以钙离子依赖的方式发生互作,解除IAAs对通路中的生长素响应因子ARF7的抑制作用,从而影响下游控制侧根和愈伤组织形成关键因子的表达来促进侧根和愈伤组织的形成。 

  该研究不仅发现钙信号复合体CaM-IQM是调控生长素诱导愈伤组织和侧根形成的重要因子,也揭示了一条钙信号和生长素信号互作调控植物再生和发育的分子途径。研究结果对深入理解钙信号在植物再生和发育方面的功能具有启示意义。 

  该研究成果于628日在线发表于国际学术刊物PNAS上。植物所在读博士生张世琪为该论文第一作者,胡玉欣研究员和徐重益研究员为通讯作者。这项研究得到了国家自然科学基金和中科院先导专项的资助。 

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CaM-IQM钙信号复合体调控侧根(左)和愈伤组织(右)形成的模式图 


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