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Nature Plants：苔藓植物地钱中的最小化生长素响应系统

已有 2395 次阅读 2020-5-17 09:53 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Design principles of a minimal auxin response system

第一作者：Hirotaka Kato

第一单位：荷兰瓦赫宁根大学

通讯作者：Dolf Weijers

Abstract

背景回顾：Auxin controls numerous growth processes in land plants through a gene expression system that modulates ARF transcription factor activity. Gene duplications in families encoding auxin response components have generated tremendous complexity in most land plants, and neofunctionalization enabled various unique response outputs during development.

提出问题：However, it is unclear what fundamental biochemical principles underlie this complex response system.

结果：By studying the minimal system in Marchantia polymorpha, we derive an intuitive and simple model where a single auxin-dependent A-ARF activates gene expression. It is antagonized by an auxin-independent B-ARF that represses common target genes. The expression patterns of both ARF proteins define developmental zones where auxin response is permitted, quantitatively tuned or prevented.

Fig 4i, Minimal auxin response model: (1) at low auxin concentrations, A-ARF (A) recruits Aux/IAA (I) and TPL (T) to repress genes; at high auxin concentrations, I is degraded and A activates genes. (2) A and B-ARF (B) compete for binding to the same targets, where the stoichiometry of both determines the auxin responsiveness. (3) B recruits T to repress targets independently of auxin.

结论：This fundamental design probably represents the ancestral system and formed the basis for inflated, complex systems.

摘要

陆地植物中，生长素通过基因表达系统调节ARF转录因子的活性，响应多个生长进程。大多数陆地植物中生长素响应组分家族都具有多个基因拷贝，情况比较复杂，并且这些拷贝的新功能化导致了在发育过程中会产生独特的响应。然而，目前还不清楚植物中生长素响应系统最为基础的生化原则。通过对于具有最小化生长素响应系统的苔藓植物地钱的研究，作者获得了一个直观而又简单的模型，其中单个生长素依赖性的A-ARF激活基因表达。而这种A-ARF介导的基因激活会被一个不依赖于生长素的B-ARF所拮抗，从而抑制共同靶基因的表达。这两个ARF蛋白的表达模式共同决定了发育区，该区域的生长素响应被激活、量化调整或者被抑制。本文在苔藓植物地钱中发现的这套生长素响应系统可能代表了一个古老的生长素响应系统，也是后来陆地植物复杂生长素响应系统的基础。

多说一句

生长素响应系统工作方式简述：生长素缺失时，ARFs被Aux/IAAs抑制；而生长素存在时，Aux/IAAs被TIR/AFBs泛素连接酶复合体降解，从而ARFs被释放，调控下游基因的表达。然而，拟南芥中有6个TIR/AFB基因，29个Aux/IAA基因以及23个ARF转录因子，有超过4000种可能的组合，情况十分复杂，不利于该套系统的基本属性研究。其中，ARF转录因子主要有三大类，分别为A clade、B clade和C clade。相比而言，地钱中只有1个TIR/AFB基因、1个Aux/IAA基因以及3个ARF转录因子（分属A/B/C clade）。因此，地钱十分适合用于生长素响应系统的基础特性研究。

通讯作者

**Dolf Weijers**

个人简介：

1997年，荷兰恩斯赫德，学士；

2002年，荷兰莱顿大学，博士；

2002-2006年，德国图宾根大学，博士后。

研究方向：植物生长素、早期胚胎发生。

doi: 10.1038/s41477-020-0662-y

Journal: Nature Plants

Published date: May 15, 2020

p.s. 通讯往期研究链接：

实验室介绍：Dolf Weijers Lab (荷兰瓦赫宁根大学)