The Arabidopsis splicing factor PORCUPINE/SmE1 orchestrates temperature-dependent root development via auxin homeostasis maintenance

IF 8.3 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES New Phytologist Pub Date : 2024-09-27 DOI:10.1111/nph.20153

Nabila El Arbi, Sarah Muniz Nardeli, Jan Šimura, Karin Ljung, Markus Schmid

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拟南芥剪接因子 PORCUPINE/SmE1 通过维持辅助素平衡协调温度依赖性根系发育

引言植物通过不断评估环境表现出显著的表型可塑性（Guo 等人，2018 年；Lamers 等人，2020 年）。一般来说，非生物胁迫会诱发一个信号级联，其中涉及小信号分子，如活性氧（ROS）和各种植物激素，如辅助素（Lamers 等人，2020 年；Danve 等人，2021 年）。值得注意的是，虽然不同的胁迫利用一套共同的信号成分，但植物却能做出复杂的、针对特定胁迫的转录和生理反应（Lamers 等人，2020 年）。根系发育和结构对植物整体生理、生长速度和抗逆性有很大影响（Jung & McCouch, 2013; Kuriakose & Silvester, 2016; González-García et al.）然而，制约根系生长和形态的许多分子过程，尤其是对环境线索的响应，仍然是未知的（Kuriakose & Silvester, 2016; Motte et al.）简而言之，根的发育和生长受细胞增殖和伸长速率的支配（Greb & Lohmann, 2016; Kuriakose & Silvester, 2016; Motte et al.）因此，根尖分生组织（RAM）对根的生长至关重要，因为它拥有由未分化细胞组成的静止中心（QC）和多能干细胞，后者经过不对称细胞分裂生成子细胞（Kuriakose & Silvester，2016）。WUSCHEL-LIKE HOMEOBOX5（WOX5）是调节根系发育的重要转录因子。它在 QC 中表达（Sarkar 等人，2007 年），抑制 CYCD3;3 和 CYCD1;1 的表达，从而抑制细胞增殖（Forzani 等人，2014 年；Motte 等人，2019 年）。根的组织可分为径向模式化（包括维管组织、内皮、皮层和表皮）和切向模式化（特别是表皮细胞分化为毛细胞和非毛细胞）（Kuriakose & Silvester, 2016）。拟南芥（Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.(拟南芥（A. thaliana）具有 III 型根毛模式，其中毛细胞与两个下层皮层细胞接触，而无毛细胞只与一个皮层细胞接触，从而形成了有组织的根毛和非根毛细胞重复模式（Salazar-Henao 等人，2016 年）。研究表明，上述所有过程都受助素支配，在 QC 中保持稳定的助素最大值以及沿根轴线的梯度对细胞分裂和扩展的调控至关重要（Kuriakose & Silvester, 2016; Zluhan-Martínez et al.）据信，辅助素作用于干细胞活性主要调节因子的上游，而辅助素浓度可通过调节基因表达来减弱信号级联（Kuriakose & Silvester，2016）。此外，关于辅助素在根系发育中作用的研究强调，各种环境线索和激素信号都会汇聚到辅助素信号转导上（Olatunji 等人，2017；Motte 等人，2019）。看来，辅酶的生物合成和平衡有助于环境适应。除了游离的、具有生物活性的形式--IAA，它还可以以三种不同的共轭形式存在：（1）糖酯；（2）与氨基酸的酰胺共轭；（3）与肽或蛋白质的酰胺共轭（Ruiz Rosquete 等人，2012；Casanova-Sáez 等人，2021）。直到最近，人们还推测除了 IAA-Asp 和 IAA-Glu 这两种氨基酸共轭外，其他氨基酸共轭都是可逆的（Ludwig-Müller，2011 年；Ruiz Rosquete 等人，2012 年；Korasick 等人，2013 年；Casanova-Sáez 等人，2021 年）。然而，有人提出了一种新的模式，认为 IAA-Asp 和 IAA-Glu 也是可逆共轭，但可能会被氧化，最终导致辅素失活（Hayashi 等人，2021 年；Luo 等人，2023 年）。辅素与氨基酸的共轭取决于格雷琴-哈根 3（GH3）家族蛋白的活性，这些蛋白也对植物胁迫反应的调控做出了重要贡献（Ruiz Rosquete 等人，2012；Casanova-Sáez 等人，2022；Wojtaczka 等人、低温或高温是重要的植物胁迫因子，在调控发育过程中发挥着核心作用（Quint 等人，2016 年；Guo 等人，2018 年；Lamers 等人，2020 年；De Smet 等人，2021 年；Penfield 等人，2021 年；Zhu 等人，2022 年）。就 A. thaliana 而言，寒冷胁迫一般发生在 0°C 至 14°C 之间，其中暴露于 0-5°C 会诱发冷适应，而 0°C 会诱发冷冻胁迫（Praat 等人，2021 年）。然而，不同品种间的自然差异会对 A. thaliana 的温度敏感性产生重大影响（Hannah 等人，2006 年；Hernandez 等人，2023 年）。

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期刊介绍： New Phytologist is an international electronic journal published 24 times a year. It is owned by the New Phytologist Foundation, a non-profit-making charitable organization dedicated to promoting plant science. The journal publishes excellent, novel, rigorous, and timely research and scholarship in plant science and its applications. The articles cover topics in five sections: Physiology & Development, Environment, Interaction, Evolution, and Transformative Plant Biotechnology. These sections encompass intracellular processes, global environmental change, and encourage cross-disciplinary approaches. The journal recognizes the use of techniques from molecular and cell biology, functional genomics, modeling, and system-based approaches in plant science. Abstracting and Indexing Information for New Phytologist includes Academic Search, AgBiotech News & Information, Agroforestry Abstracts, Biochemistry & Biophysics Citation Index, Botanical Pesticides, CAB Abstracts®, Environment Index, Global Health, and Plant Breeding Abstracts, and others.