ETHYLENE INSENSITIVE 3 suppresses plants de novo root regeneration from leaf explants and mediates age-regulated regeneration decline

First author: Hong Li; Affiliations: Nanjing Normal University (南京师范大学): Nanjing, China

Corresponding author: Ziqiang Zhu

Powerful regeneration ability enables plants survival when plants are wounded. For example, adventitious roots can regenerate from the cutting site in detached Arabidopsis thaliana leaf explants even in the absence of any exogenous plant hormone treatment. This process is known as de novo root regeneration (DNRR). Although the developmental program underlying DNRR is revealed, the precise regulatory mechanisms during DNRR are not completely understood. Here, we show that ethylene treatment or genetic activation of transcription factor ETHYLENE INSENSITIVE 3 (EIN3) strongly suppresses DNRR rates, while a mutant lacking EIN3 and its homolog EIL1 (ein3 eil1) displays a higher DNRR capacity. Previous reports have shown that the sequential induction of WUSCHEL RELATED HOMEOBOX 11 (WOX11)/WOX12 and WOX5/WOX7 expression is required for the establishment of DNRR. We found that EIN3 directly targets WOX11 and WOX5 promoter regions to suppress their transcription. Furthermore, older plants show enhanced EIN3 activity, and repressed expression of WOX11 and WOX5. Taken together, these results illustrate that plant aging at least partially takes advantage of EIN3 as a negative regulator to suppress DNRR through inhibiting the activation of WOX genes.

强大的再生能力有助于植物在受到创伤之后还能存活下来。比如说，即使在没有任何外源激素的处理下，离体的拟南芥叶片外植体也可以在切割部位长出不定根。该过程叫做从头根再生（de novo root regeneration，DNRR）。尽管我们对于DNRR背后的发育进程有所了解，但是其精确的调控机制还有待完善。本文中，作者发现乙烯处理或者遗传激活转录因子EIN3能够有效抑制根从头再生速率，而EIN3及其旁系同源基因EIL1的功能突变体ein3 eil1表现出更高水平的DNRR能力。先前的报道显示依次诱导WOX11/WOX12和WOX5/WOX7基因的表达是建立DNRR所必需的。作者发现EIN3能够直接靶向WOX11和WOX5基因的启动子，抑制这两个基因的转录。此外，随着植株的衰老，EIN3对于WOX11和WOX5基因的抑制能力增强。综上，本文的研究显示植物衰老在至少部分是通过利用EIN3作为一个负调控因子，抑制WOX基因的激活，从而来抑制DNRR。

通讯：朱自强（http://sky.njnu.edu.cn/cn/szdw/jsmd)

个人简介：1999-2003年，南京师范大学，学士；2003-2006年，北京师范大学，硕士；2007-2011年，北京大学，博士；2011-2013年，美国加州大学洛杉矶分校，博士后。

研究方向：植物可塑性发育的分子机理研究，主要研究成果包括：1）解析茉莉酸和乙烯协同调控植物对根伸长抑制的分子机制；2）解析茉莉酸和乙烯拮抗调控黄化苗顶端弯钩发育的分子机制；3）解析茉莉酸抑制植物暗形态建成的分子机制；4）解析环境高温抑制乙烯对黄化苗顶端弯钩发育的分子机制。今后的研究方向除了进一步研究植物发育的环境适应性，还将开展植物细胞全能性以及植物时序性发育对细胞全能性的调控机理，以期深入解析植物可塑性发育的作用机制。

图1. 课题组在植物发育环境适应性方面的研究成果简述

doi: 10.1242/dev.179457

Journal: Development

Published date: April 14, 2020