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肖光辉副教授在重力导向根系生长研究上取得重要进展
作者:          发布时间:2019-09-02     阅读:

进化史上最重要的事件之一是植物的生活环境从水扩散到陆地。为了使植物在新环境中茁壮成长,根系必须向下生长,将植物锚定在土壤中和为植物地上部分生长提供水源、养分,这种机制称为向地性。虽然植物向地性的分子机制被广泛研究,但到目前为止,植物从水生到陆生的进化过程中,向地性形成的时间及形成机理仍然未知。

我院肖光辉副教授和奥地利科学技术研究所的植物生物学家Jiří Friml教授合作,鉴定出种子植物中快速响应重力并驱动根系生长的关键组分。他们选择多种植物物种,包括苔藓,石松,蕨类,裸子和开花植物,让它们的根部水平生长,观察它们是否以及何时开始跟随重力向下弯曲。结果表明:重力驱动的根系生长在最原始的陆地植物(苔藓)以及维管植物(石松和蕨类)非常缓慢。只有大约3.5亿年前出现的种子植物(裸子植物和开花植物)根才显示出更快、更有效的向地性。通过分析发现种子植物根尖淀粉颗粒密集地聚集,形成淀粉体,最终集中在根尖最底部,响应重力。然而,这种沉降过程仅存在裸子植物和开花植物中,相反,在较早植物中,淀粉体随机分布在根尖及其上方。

重力信号在淀粉体感知后,通过生长素从细胞传递到细胞。研究人员在拟南芥中发现一种生长素特异性转运蛋白PIN2,它指导生长素流动,从而导致根系生长。虽然几乎所有绿色植物都携带PIN蛋白,但只有种子植物中特定的PIN2分子聚集在根表皮细胞的一侧。这种特定的定位导致转运蛋白的极化,使根能够将生长素转移到枝条上,从而使生长素信号从重力感知区漂移到生长区。

根快速向重力性的起源促进了种子植物对旱地的适应


研究成果于2019年8月2日发表在国际综合性期刊《Nature Communications》上。题目为:Evolution of fast root gravitropism in seed plants. 张余周博士和肖光辉副教授为该论文共同第一作者,Jiří Friml教授为该论文的通讯作者。


文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-11471-8



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