福建农林大学研究人员揭示水杨酸调控拟南芥PIN2生长素转运蛋白超聚集和根系重力生长

植物能感受到一系列细胞内和细胞外的化学信号,包括激素、代谢物和微生物分子。一旦遇到致病信号,植物会通过重塑细胞内过程并在生长和防御反应之间重新平衡有限资源的利用,即生长-防御权衡。植物的发育和防御机制都与不同的植物激素密切相关,它们在宿主-病原菌相互作用期间协调生长-防御权衡。然而,生长素转运和SA信号传导之间的串扰的关键分子机制仍不完全清楚。


近日,福建农林大学研究人员在期刊New Phytologist(IF=8.512)上发表了一篇名为“Salicylic acid regulates PIN2 auxin transporter hyper‐clustering and root gravitropic growth via Remorin‐dependent lipid nanodomain organization in Arabidopsis thaliana”的文章,揭示了SA通过限制拟南芥根中PIN2生长素外排转运蛋白的质膜动力学来调节生长素信号的一个潜在机制,结果显示了一种防御-生长的权衡机制,通过将驻留在细胞膜上的PIN2浓缩到异质性的隔间中,SA信号与生长素运输发生了信号串扰。

 

文章来源


研究人员首先研究了SA在Lo期增加的脂质堆积是否会调节根系的重力响应。将4日龄拟南芥野生型幼苗移入含SA的培养基中,分析了90°重定位后根系的重定位角,SA处理导致根系向重力性显著降低。通过一系列外源SA浓度观察到根系失向反应的剂量依赖性调节,表明SA与向重力性之间存在负相关。

 

高SA和过表达的REM1.2削弱了拟南芥根系的重力响应

SA和过表达的REM1.2削弱了拟南芥根系的重力响应


重力响应要求PIN2在根表皮的向顶端和在根皮层细胞中向根的精确极性定位,以及在根尖的上部和下部对重力刺激的不对称沉积。接下来,我们研究了在WT、rem1.2和XVE::rem1.2幼苗中90°重新定向后,在根中PIN2的重新分布,无论是否进行SA处理。在WT中,PIN2在细胞下层的信号强度高于在上部细胞中的信号强度。然而,在SA处理和REM1.2过度表达条件下,重力触发的PIN2再分布分别显著受损。相比之下,rem1.2对SA处理的敏感性不如WT,因为在重力刺激下,在上层再沉积较少的PIN2。综上所述,上述结果表明,WT细胞中一个可调的脂序范围可能为调节生长素的流体运输提供了灵活的膜张力,SA通过显著增加脂序来抑制生长素的流体运输。

在拟南芥根系重力响应过程中,高SA和过表达的REM1.2削弱了生长素和PIN2的不对称再分配

在拟南芥根系重力响应过程中,高SA和过表达的REM1.2削弱了生长素和PIN2的不对称再分配

 

植物已经进化出不同的机制来调节PM的化学物理性质,从而对不同发育和环境刺激的信号传导进行微调。PIN蛋白调节生长素的定向流动,这取决于其极化PM定位。在防御反应中,植物积累了高水平的SA,严重干扰了生长素的积累和根系的向重力性,表明SA与生长素信号在生长和防御权衡中起着拮抗作用。在重力刺激下,PIN2区隔化是生长素非对称运输受到抑制的结果。我们的数据提供了对高水平的防御激素SA响应的PIN2依赖的生长素运输的调节机制,这可能是植物生长对防御反应的适应性根策略。


参考文献:

【1】Adamowski M, Friml J. 2015. PIN-dependent auxin transport: action, regulation, and evolution. Plant Cell 27(1): 20-32.

【2】Band LR, Wells DM, Larrieu A, Sun J, Middleton AM, French AP, Brunoud G, Sato EM, Wilson MH, Peret B, et al. 2012. Root gravitropism is regulated by a transient lateral auxin gradient controlled by a tipping-point mechanism. Proc Natl Acad Sci U S A 109(12): 4668-4673.

【3】Blakeslee JJ, Bandyopadhyay A, Lee OR, Mravec J, Titapiwatanakun B, Sauer M, Makam SN, Cheng Y, Bouchard R, Adamec J, et al. 2007. Interactions among PIN-FORMED and P-glycoprotein auxin transporters in Arabidopsis. Plant Cell 19(1): 131-147.

 

原文链接: https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16915

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