西南大学罗克明团队连发两篇论文，揭示杨树不定根形成和维管形成层活性的调控新机制

责编 | 晓彤

近期，西南大学生命科学学院罗克明教授团队在杨树不定根形成调控机制和细胞分裂素信号异位调控杨树维管形成层活性研究中取得了新进展。相关研究成果于2月3日和2月4日连续发表在New Phytologist上。

01

杨树不定根形成的调控新机制

植物的茎、叶等器官受到机械损伤后，在合适的外界条件下，其伤口位置能够产生大量不定根，这成为植物营养繁殖的重要生理基础。从本质上看，这些不定根的发生是由伤口诱导的根从头再生过程。目前速生用材林繁育大多采用硬枝扦插的方式，不定根形成则是影响扦插成活的重要因素。然而，林木不定根形态建成的分子调控机制知之甚少，损伤响应如何与生根启动相偶联仍不清楚。

2月3日，西南大学生命科学学院罗克明教授课题组在New Phytologist在线发表了题为The microRNA476a-RFL module regulates adventitious root formation through a mitochondria-dependent pathway in Populus的研究论文，解析了miRNA476a介导的线粒体-生长素信号级联反应调控杨树不定根形成的分子机制，为阐明林木扦插生根的分子机理提供了新见解。

该研究发现，作为一个杨树特有的microRNA分子，miR476a能够通过协调线粒体稳态参与调控杨树伤口诱导的不定根发生过程。miR476a超表达杨树植株不定根发生明显提前，数目也显著增多，而降低miR476a的表达则导致杨树生根时间滞后和数目减少。这表明miR476a是杨树不定根发生的重要调控因子。分析其启动子GUS报告株系表明，miR476a在扦插后1天内表达并未发生变化，而1天后其表达则显著提高，直至根原基突破茎表皮。miR476a能够直接靶向并切割多个RFL （Restorer of Fertility Like） 基因，从而负向调控这些RFL基因的表达。RFL基因的表达受到机械损伤的显著诱导，而在扦插1天后表达水平不断下降，这与miR476a的表达上调密切相关。遗传互补实验表明，RFL基因能够恢复miR476a超表达导致的生根表型。RFL基因编码一类定位于线粒体的P类PPR蛋白，通过调控线粒体编码基因的转录翻译而影响这些基因的表达。线粒体生理实验结果表明，miR476a/RFL参与不定根发生过程中线粒体稳态的调控。该研究还发现，生长素通路在线粒体下游介导了miR476a/RFL对不定根发生的调控。

根据这些结果，作者将杨树扦插生根过程划分为损伤响应和生根诱导两个阶段。扦插后伤口信号迅速诱导RFL基因表达上调，从而导致线粒体功能受抑制。如果RFL基因持续高表达，生根过程会受到显著抑制。在扦插1天后，miR476a表达水平上升，导致RFL基因表达水平回落，进而线粒体功能显著增强，由逆行信号介导细胞核内编码生长素转运体的PIN基因表达上调，开启了生长素驱动的杨树不定根发生过程。该研究建立了一个由miRNA介导的线粒体-生长素信号参与调控杨树不定根发生的通路，为阐明线粒体稳态调控植物发育的机理提供了新证据。

西南大学生命科学学院许长征副教授，硕士生陶媛勋，博士生付小康等为论文并列第一作者，罗克明教授为通讯作者。东北林业大学的姜立泉教授也参与了相关工作。该项研究得到了国家自然基金等项目的资助。

论文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17252

02

细胞分裂素信号调控维管形成层活性

林木的茎干维管组织次生生长是木材生产的生物学基础，其形成依赖于维管形成层细胞的不断增殖和分化。植物激素对维管形成层活性的调控是近年来林木基础科学研究的热点问题。

2月4日，西南大学生命科学学院罗克明教授课题组在New phytologist在线发表了题为Cytokinin signaling localized in phloem non‐cell‐autonomously regulates cambial activity during secondary growth of Populus stems的研究论文，报道了在杨树茎的次生长过程中维管形成层活性受到来自于次生韧皮部细胞分裂素信号的非细胞自主性调控。

早期的研究发现，在林木次生维管组织中细胞分裂素主要累积在次生韧皮部 （Immanen et al., 2016） 。细胞分裂素含量的改变能够显著影响林木的次生生长 (Nieminen et al., 2008; Immanen et al., 2016) 。但是，对于大量累积在次生韧皮部的细胞分裂素如何调控维管形成层活性目前仍不清楚。

为了进一步解析细胞分裂素对维管形成层的精细调控作用，该研究利用免疫组织化学成像观察到细胞分裂素在杨树茎次生维管组织中的梯度分布模式，并确定了其浓度峰值定位于靠近维管形成层一侧的幼嫩次生韧皮部位置。利用韧皮部特异性启动子CLE41b驱动CKX2基因 （编码细胞分裂素降解酶） ，产生了特异性降低茎次生维管组织中细胞分裂素含量的转基因杨树，证明了细胞分裂素梯度模式的破坏降低了维管形成层活性。利用RNAi技术在次生韧皮部位置特异干扰细胞分裂素受体激酶 （HK） 基因的表达，发现次生韧皮部中细胞分裂素信号显著降低会导致维管形成层细胞的分裂活性下降。与之相反，在次生韧皮部中特异上调表达B型细胞分裂素响应调节因子 （type-B RR） 则会刺激维管形成层细胞增殖。这些结果为次生韧皮部定位的细胞分裂素信号异位调节维管形成层活性提供了证据。此外，在维管形成层特异性干扰细胞分裂素信号转导也会导致维管形成层活性降低，在此背景下同时降低细胞分裂素在次生韧皮部的积累则会进一步导致维管形成层活性的缺陷表型。这些研究结果表明，定位于次生韧皮部细胞分裂素信号以非细胞自主的方式调节维管形成层活动，并与其在维管形成层的本地信号转导相互协同。

西南大学生命科学学院博士生付小康为论文第一作者，罗克明教授及许长征副教授为共同通讯作者，硕士生苏会丽，刘帅及杜雪莲参与了相关研究工作。该项研究得到了国家自然基金等项目的资助。

论文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17255