研究揭示土壤中根系形态时空变化机制
研究揭示土壤中根系形态时空变化机制
中国科学院遗传与发育生物学研究所杨宝军团队与荷兰根特大学Bert De Rybel研究组合作，在《科学》（Science）杂志上发表重要研究成果。研究团队通过化学遗传学方法筛选出化合物coral7，揭示了转录因子SPL13在调控植物根系形态中的关键作用，为作物育种和改良提供了新的思路。
植物三维结构的形成依赖于细胞分裂方向的精确控制。植物细胞通过平周分裂实现径向生长而变粗，通过垂周分裂促进纵向生长而变高。不同的细胞分裂方向组合产生了自然中多样的植物形态。当前，关于控制细胞分裂方向的机制仍然未知。解析控制细胞分裂方向的关键因子及机制，对在细胞水平上重塑植物结构具有理论价值和应用价值。
研究团队建立了一套显示细胞分裂方向变化的形态学筛选系统。通过结合双色标记植物BY2细胞及高通量荧光共聚焦快速筛选策略，对超过15000个化合物进行细胞成像筛选，获得了细胞系和植物中均可控制细胞分裂方向变化的化合物coral7。进一步研究发现，coral7通过影响转录因子SPL13的表达调控细胞分裂方向。
研究团队分析了植物根系分生区随时间变化的形态特征。结果表明，相比于较早期的分生区，生长后期的根系在形态特征上会发生明显变化，如中间皮层的形成及分生区增粗。同时，相关的形态转变需要细胞分裂方向的重新调整并引入更多的平周分裂。研究基于SPL13及相关同源基因的时空表达发现，相比于较野生型材料，spl突变体在中间皮层的形成和分生区增粗方面产生了缺陷。这表明SPL通过精确的时空表达来控制细胞分裂方向以实现根系增粗。
这项研究通过化学遗传学并结合细胞体系的筛选策略获得了控制细胞分裂方向的化合物coral7，并发现了转录因子SPLs的新生物学功能即控制植物细胞分裂方向。同时，该研究揭示了SPL分子模块参与根系的时空形态重塑，为实现根系遗传改良和重塑提供了关键位点。
研究工作得到国家自然科学基金等的支持。