Current Biology|初生根原形成层通过影响木质部连接促进侧根的形成

对根中维管组织形成的研究极大地促进了我们对基本发育过程,比如细胞命运规范和模式的理解。植物根系由主根(PR)、不定根和侧根(LR)组成。虽然这些根系都有自己的维管系统,但是需要与主根维管组织连接以确保养分和水分运输的连续性。在拟南芥中,LRs起源于一种特殊组织—中柱鞘,中柱鞘是中柱的最外层,围绕着木质部、韧皮部和原形成层细胞。中柱鞘在根尖分生组织外保持其增殖活性,其一些细胞成为侧根原基(LRP)起始细胞。然而,LR发育过程中如何建立初级根维管系统与新生侧根的连接,以及中柱鞘和/或其他细胞类型是否指导这一过程还不清楚。近日,国际知名期刊Current Biology在线发表了一篇题为“The primary root procambium contributes to lateral root formation through its impact on xylem connection”的文章,该文作者提出在LR的发育过程中形成了木质部桥(XB),该桥在PR和新生LR之间建立了木质部连接。并解析了III类同源结构域亮氨酸ZIPPER(HD-ZIP III)转录因子(TF)和VND转录因子在该过程中的重要作用(图1)。

《Current Biology|初生根原形成层通过影响木质部连接促进侧根的形成》

图1

作者发现在LR形成过程中,原形成层细胞衍生物改变了它们的身份,成为木质部细胞的前体。这些细胞与中柱鞘起源的木质部一起参与了 “木质部桥”(XB)的形成,XB细胞连接PR和LR木质部,并呈现可塑性发育模式(图2)。另外,XB细胞的形成与PR木质部的身份无关,但在LR出现后,XB与PR木质部组织的连接只是部分独立于PR木质部的分化。
《Current Biology|初生根原形成层通过影响木质部连接促进侧根的形成》
图2 XB细胞连接PR和LR木质部

为了研究XB个体发生,作者使用转基因系统对中柱鞘细胞进行了克隆分析。结果发现中柱鞘、原木质部和原形成层细胞共享共同的祖细胞,并证实了这些细胞所在的位置而非类型决定了细胞命运(图3)。这些结果表明原形成层可以参与LR的形成。
《Current Biology|初生根原形成层通过影响木质部连接促进侧根的形成》
图3 中柱鞘与中柱其他细胞类型的克隆关系

随后,作者重点研究了XB形成的调控机制。通关突变分析,结果发现HD-ZIP III转录因子水平决定了LR发育过程中XB细胞的规格和形成,并且这些转录因子在XB形成中起着额外和部分冗余的作用。而VND转录因子直接诱导XB细胞分化(图4)。另外,在番茄中也观察到XB元素,这表明这种机制可能在植物中更为保守。总之,作者提出植物维持维管原形成层的活性,通过木质部连接,来保障新建立的侧向器官的功能。
《Current Biology|初生根原形成层通过影响木质部连接促进侧根的形成》
图 4 VND功能丧失突变体中XB细胞分化的缺陷
文章来源:植物生物技术Pbj
《Current Biology|初生根原形成层通过影响木质部连接促进侧根的形成》
点赞

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注