The role of indole-3-acetic acid and characterization of PIN transporters in complex streptophyte alga Chara braunii

IF 8.1 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES New Phytologist Pub Date : 2025-03-06 DOI:10.1111/nph.70019

Katarina Kurtović, Stanislav Vosolsobě, Daniel Nedvěd, Karel Müller, Petre Ivanov Dobrev, Vojtěch Schmidt, Piotr Piszczek, Andre Kuhn, Adrijana Smoljan, Tom J. Fisher, Dolf Weijers, Jiří Friml, John L. Bowman, Jan Petrášek

引用次数: 0

Abstract

Abstract Image

查看原文

微信好友朋友圈 QQ好友复制链接

本刊更多论文

吲哚-3-乙酸在复杂链藻中的作用及PIN转运体的表征

在从水到陆地的过渡过程中，植物经历了一系列的发育创新，从而建立了一个复杂的身体(Harrison, 2017；Donoghue et al., 2021；鲍曼,2022)。陆地植物发育的一个关键调节因子是植物激素生长素，它通过局部生物合成和定向运输起作用，导致浓度梯度的形成（Friml, 2022）。生长素外排载体PIN家族促进了生长素的定向流动，对植物形态发生和对环境信号的适应性生长反应至关重要(Gao等，2008；Luschnig,Friml, 2024)。最近的研究为生长素的作用机制提供了重要的见解（Kuhn et al., 2024），包括三种PIN生长素外排载体的结构阐明(Su et al., 2022；Ung et al., 2022；Yang et al., 2022)。然而，生长素是如何以及何时成为陆地植物形态变化的关键驱动因素的问题在很大程度上仍然没有答案。这个问题不能通过只研究陆地植物来完全解决，而是需要对它们的藻类亲属进行全面调查（Skokan et al., 2019）。陆生植物（胚生植物）和由其产生的链生绿藻共同构成了链生植物群(Becker &amp；马林,2009)。链藻包括六个分支，在这些分支中表现出显著的形态多样性(Buschmann, 2020；Bierenbroodspot et al., 2024)。在这六个分支中，Chara spp.和Nitella spp.， Charophyceae科的成员，就其身体计划而言，具有最高的复杂性。由于其巨大的节间细胞、透明的向地性类根和快速的细胞质流动，Chara几十年来一直是一种模式生物，促进了基本细胞生物学过程的研究（kurtoviki et al, 2024）。尽管基因组测序显示，Chara braunii缺乏涉及TAA和YUCCA基因的生长素生物合成途径，该途径可将色氨酸转化为生长素吲哚-3-乙酸（IAA）（Nishiyama等人，2018），但早期和最近的研究一致证实，在Chara和Nitella的各种物种的生物量中存在IAA (Jahnke &amp；Libbert, 1964;Sztein et al., 2000；哈肯伯格,Pandey, 2014;Beilby等，2015；Schmidt et al., 2024)，表明存在另一种生物合成途径。除了IAA，其他植物激素也被发现存在于C. braunii生物量中，包括细胞分裂素N6-（∆2-异戊烯基）-腺嘌呤、乙烯和茉莉酸（Schmidt et al., 2024）。然而，人们对它们在Chara中的作用知之甚少，因此，它们不是本研究的重点。另一方面，在一些研究中，生长素运输与Chara有关。Dibb-Fuller,Morris（1992）利用放射性标记的IAA证明了在Chara细胞中生长素的流入和流出。此外，他们发现外排不受依赖于pin的生长素运输抑制剂n -1-萘酞酸（NPA）的影响（Abas et al., 2021）。相比之下，Boot et al.（2012）在Chara corallina中发现了npa敏感的极性生长素运输。随后，利用异源抗atpin2抗体在Chara vulgaris肛丝中免疫定位检测到pin样蛋白（Żabka et al., 2016）。最后，基因组测序证实，Chara确实拥有6个PIN生长素外排载体同源物（Nishiyama et al., 2018），是所有链藻中数量最多的(Hori et al., 2014；Cheng et al., 2019；Liang et al., 2020；vosolsobje et al., 2020)，至少有五个atp结合盒B （ABCB）同源物，但没有AUX/LAX内流载体（Nishiyama et al., 2018）。此外，外源施加IAA已被证明可以促进断头的Chara thalli的根状生长（Klämbt等，1992），影响离子运输（S. Zhang等，2016），诱导微管的瞬时解聚（Jin等，2008），并加速孢子囊丝细胞的分化过程（Godlewski, 1980）。然而，这些研究都没有进一步探索由Chara感知IAA的潜在模式。Chara基因组编码生长素信号通路的某些元件，特别是一个生长素响应因子（auxin RESPONSE FACTOR， ARF）和两个Aux/IAA序列；然而，这些成分在功能上并不等同于陆地植物的典型生长素信号通路中的成分（Mutte et al., 2018）。典型TIR1受体的缺失进一步支持了典型信号通路的缺失(Mutte et al., 2018；Nishiyama等人，2018；Bowman et al., 2021)。另一方面，Chara编码细胞表面生长素受体生长素结合蛋白1 （ABP1）的单一同源物（Carrillo-Carrasco et al., 2023）（Friml et al., 2022），表明存在非规范信号通路（Kuhn et al., 2024）。鉴于查拉属植物形态复杂，基因组PIN同源物较多，且文献结果不明确，本研究主要对查拉属植物的生长素应答和PIN同源物的功能评价进行研究。结果表明，IAA处理促进了断头后再生菌体的侧分支。为了验证载体介导的IAA转运是否参与了Chara的生长反应，我们克隆了6个PIN同源物中的2个，结果表明，在烟草BY-2细胞中，CbPINa影响放射性标记生长素的积累，而CbPINc不影响。特异性抗体的免疫定位表明，CbPINa和CbPINc都与Chara营养细胞和生殖细胞的质膜（PM）有关。然而，它们在拟南芥（Arabidopsis thaliana）和苔藓植物多形地豆（Marchantia polymorpha）中的表达并没有挽救突变型，尽管它们与地豆配子体柄中的PM和CbPINa的极性定位有关。为了分析生长素在Chara中的快速作用，我们将磷蛋白质组学分析与细胞质流式分析相结合，揭示了iaa特异性的磷蛋白质组学变化。我们发现MAP4K同源物是IAA反应的主要靶点，也是raf样激酶同源物的激活。据Kuhn等人（2024）报道，这一观察结果为链状植物中保守的快速生长素信号传递提供了证据。此外，我们的研究表明，IAA促进小枝节间细胞的快速细胞质流动，这表明生长素触发的磷酸化事件与细胞质流动动力学之间存在联系。

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

求助全文

约1分钟内获得全文去求助

来源期刊

New Phytologist 生物-植物科学

自引率

5.30%

发文量

728

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.