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刘西岗课题组在“环境信号调控植物分生组织活性”领域取得新突破

发布时间：2022-07-12

生命体生长发育高度依赖能量的供应，同时保持一定的内稳态。植物如何在不同的能量条件下保持发育的内稳态一直是生物学家的兴趣点之一。Target of Rapamycin (TOR，雷帕霉素靶标蛋白)是真核生物细胞内保守的Ser/Thr蛋白激酶，在整合营养信号、能量信号、激素、生长因子及环境信号调控生物体的发育中起到关键的中心作用。已有研究表明拟南芥暗形态建成到光形态建成过程中，光合作用产生的糖可以通过葡萄糖-TOR信号途径来激活近端的根尖分生组织从而启动根系的发育。然而这个过程中，远端根尖分生组织包括静止中心（QC）和小柱干细胞（CSC）以及小柱细胞（CC）维持发育的内稳态来保证正常的根尖结构及向重力性，但是其分子机制还不清楚。

2022年7月11日，河北师范大学生命科学学院刘西岗教授团队和河北农业大学董金皋教授团队在Nature Plants（IF=17.352）在线发表题为 “TOP1α Fine-tunes TOR-PLT2 to Maintain Root Tip Homeostasis in Response to Sugars ”的研究论文，报道了在暗光形态建成转换过程中，拟南芥DNA拓扑异构酶TOP1α通过精细调控TOR-PLT2模块维持根尖发育内稳态的分子网络调控机制。研究表明，光合作用的产物或者外施蔗糖均可显著激活TOP1α的表达。TOP1α精细调控根尖TOR的表达水平。随后TOR通过磷酸化PLT2 维持了PLT2在根尖中的浓度梯度来维持根冠的发育及向重力性。研究结果也同时解析了一条不依赖于WOX5维持根尖分生组织的调控网络。

与此同时，TOP1α编码真核细胞中保守的DNA拓扑异构酶，参与了DNA复制，转录，染色质重塑和DNA损伤修复等。长期以来，TOP1α是抗肿瘤的药物靶标，通过抑制其DNA解旋酶活性导致细胞死亡。本研究中同时发现在CPT（TOP1α的抑制剂）处理的人非小细胞肺癌细胞系中mTOR的表达也得到去抑制，伴随着细胞周期基因的过表达和加速的细胞死亡。这样，研究结果发现了一条动植物干细胞维持在响应能量供应上的保守机制，为抗肿瘤研究提供新思路，同时也为研究抗肿瘤药物的肿瘤细胞特异性药效提供新线索。

该研究由河北师范大学刘西岗教授和河北农业大学董金皋教授团队合作完成。河北农业大学生命科学学院博士研究生张昊，河北师范大学生命科学学院郭琳副教授，博士研究生赵丹和中科院农业资源研究中心助研李永鹏博士为该论文的共同第一作者。中科院遗传所汪迎春研究员和高级工程师黄夏禾博士在蛋白质质谱分析中给予大力支持。相关工作得到了国家自然科学基金委，河北省创新研究群体及高端人才引进计划的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-022-01179-x