肖晗研究組揭示了微蛋白DTM在番茄分生組織發育中的作用機制

2019年4月23日,自然開放獲取期刊Communications Biology在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所分子遺傳國家重點實驗室肖晗研究組的題為“Domain-specific expression of meristematic genes is defined by the LITTLE ZIPPER protein DTM in tomato”的研究,該研究揭示了番茄分生組織發育調控的新機制。

番茄是重要的園藝作物和果實發育的模式植物。野生番茄果實只有普通葡萄大?。?-2厘米),經過長期的人類馴化和育種改良后,番茄增大了數十至上百倍。由于植物地上部分的細胞來源于莖尖分生組織或其轉化而來的側生分生組織和花分生組織,果實大小與莖尖分生組織(SAM)發育密不可分。研究表明,莖尖分生組織(SAM)的發育依賴CLAVATA (CLV)-WUSCHEL (WUS)途徑來維持其干細胞活性。

該研究報道了一個從EMS誘變群體中鑒定到的分生組織發育異常突變體dtm-1(defective tomato meristems -1)。dtm-1突變體莖扁大扭曲,葉序、花和果實的發育也受到嚴重影響。圖位克隆發現DTM編碼一個LITTLE ZIPPER類的微蛋白。DTM與HD-ZIP III轉錄因子結合,在翻譯后水平上調控后者的活性。進一步研究發現,DTM在SAM的中心區(CZ)表達,與HD-ZIP III轉錄因子REV一起控制CLV3和WUS在SAM中的表達區域。有意思的是,雖然番茄基因組含有5個LITTLE ZIPPER和6個HD-ZIP III基因,多于擬南芥,這兩個基因家族成員間的功能冗余程度較低,dtm和rev單突變足以產生嚴重的SAM表型。該研究提出了DTM與REV形成負反饋環調控CLV-WUS信號途徑的作用區域,從而維持莖尖分生組織干細胞穩態的分子機制。因為CLV3和WUS是決定番茄心室數目的兩個關鍵基因,在馴化過程中受到選擇,該研究成果不僅有助于了解不同物種間在植物干細胞維持和分化調控機制上的異同,也為番茄等作物的果實性狀改良提供重要理論基礎。

中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所博士后徐倩為該論文的第一作者,肖晗研究員為通訊作者。該研究得到科技部,國家自然科學基金委、植物分子遺傳國家重點實驗室和中國博士后科學基金的資助。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s42003-019-0368-8


dtm突變導致花和果實的發育異常