2021年4月3日,蘭州大學生命科學學院苟小平教授課題組在Molecular Plant發表了題為Conserved and Differentiated Functions of CIK Receptor Kinases in Modulating Stem Cell Signaling in Arabidopsis的研究工作,發現受體激酶CIKs對於傳遞CLE40訊號以維持遠端根分生組織的動態平衡是必不可少的。
在高等植物中,莖尖分生組織(SAM)和根尖分生組織(RAM)是形成地上和地下組織和器官的幹細胞池。儘管這兩個分生組織的結構不同,但它們進化出相似的訊號通路來維持幹細胞的動態平衡。CLAVATA3(CLV3)-WUSCHEL(WUS)負反饋環是控制SAM動態平衡的覈心途徑,而CLV3/胚胎周圍區(ESR)40(CLE40)和WUSCHEL相關的HOMEOBOX5(WOX5)是CLV3和WUS的同源物,直接影響柱狀幹細胞的命運。
2018年3月,苟小平教授課題組在Nature Plants雜誌上發表題為“A group of receptor kinases are essential for CLAVATA signalling to maintain stem cell homeostasis”的研究工作,發現一組稱為CLAVATA3 INSENSITIVE RECEPTOR KINASES(CIK)的LRR-RLK在調節CLV3介導的幹細胞動態平衡中具有重要作用。這組受體激酶CIKs作為共受體與植物多肽激素CLV3的受體CLV1形成蛋白複合體,感知CLV3,通過磷酸化的管道將訊號傳遞進入細胞,調控幹細胞的穩態平衡,從而維持植物莖端分生組織,協調植物的生長發育。拓寬了CLV3信號轉導調控幹細胞命運的潜在機制的理解,而且揭示了一組新的RLKs作為共受體在植物生長和發育過程中可能介導多種外在和內在訊號。同時,由於CIK受體激酶具有調控器官數目和大小的功能,它們也有望作為分子育種的靶點基因應用於玉米、蕃茄等作物的品種改良,新增產量。冷泉港實驗室著名專家David Jackson課題組的評論文章,評估該研究結果“是CLV訊號途徑的一小步,但卻是分生組織生物學家認識上的一個巨大跨越”。
到目前為止,幾種RLK信號轉導的分子機制已經被揭示。例如,油菜素甾體BRI1調節油菜素甾體(BR)訊號;CLV1維持SAM動態平衡;FLS2介導植物免疫應答;植物硫因數受體1(PSKR1)調節細胞去分化和增殖。值得注意的是,所有這些RLK介導的訊號過程都需要體細胞胚胎發生受體樣激酶(SERK)或CIK作為輔助受體來啟動相應的訊號級聯反應。由於CIK是感知包括CLE40在內的多個CIRs所必需的,而CLV1不太可能是ACR4的輔助受體,囙此,CIK是否在調節遠端根分生組織中作為ACR4的輔助受體是一個懸而未決的問題。
本研究,作者發現CIK對於傳遞CLE40訊號以維持遠端根分生組織的動態平衡是必不可少的。CIK突變體表現出靜止中心紊亂和小柱幹細胞(CSC)分化延遲的錶型。生化分析表明,CIKs與擬南芥CRINKLY4(ACR4)以非配體依賴的管道相互作用,並能被ACR4體外磷酸化。此外,CLE40能迅速誘導CIKs的磷酸化水准,這部分依賴於ACR4。CIKs作為ACR4的輔助受體發揮作用,ACR4是一種非LRR-RLK,介導遠端根分生組織動態平衡的CLE40訊號。雖然CIK在SAM和RAM中起著保守和冗餘的調節作用,但該結果表明它們在這些分生組織中表現出不同的功能。
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http://DOI:https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.04.001