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植物所科研人員揭示氣孔保衛細胞分裂精細調控機制

  氣孔是分布在所有陸地植物葉片表面的特化表皮細胞結構。氣孔保衛細胞根據環境條件變化和節律發生運動改變氣孔大小,調控植物與外界的氣體交換和水分蒸發,直接影響了光合作用碳同化和水分利用效率。模式植物擬南芥FOUR LIPS (FLP) 是最早被發現的氣孔發育關鍵基因之一。FLP基因突變可導致保衛細胞母細胞的冗余分裂,如flp-1突變體中可形成四個保衛細胞相鄰的異常氣孔簇。多個實驗室已經發現,MYB轉錄因子FLP可通過調控編碼CYCA2細胞周期蛋白和細胞周期蛋白依賴激酶(CDKB1CDKA)基因轉錄水平參與氣孔發育後期細胞分裂。  

  中國科學院植物研究所乐捷研究组从flp-1突變體的EMS誘變群中篩選到一個能明顯抑制flp-1氣孔表型的突變體。該突變基因編碼複制蛋白A (Replication protein A, RPA) 複合體的亞基RPA2a亞基。RPA是真核生物中高度保守的單鏈DNA結合蛋白,參與DNA代謝的多個過程(如DNA複制、同源重組,DNA修複等)。研究發現,RPA2a的細胞核定位和功能受到CDKB1;1磷酸化調控,其第1121絲氨酸是進化保守磷酸化位點,但又可在細胞周期中受到CDKB1CDKA特異調控。該研究不僅進一步揭示氣孔保衛細胞分裂的精細調控網絡,還驗證了RPA2a亞基磷酸化狀態對于RPA參與DNA修複中的功能起到調控作用。  

  該研究于2019820日在線發表于國際著名學術期刊美國科學院院刊(PNAS)。樂捷研究組楊克珍副研究員爲論文第一作者,樂捷研究員爲論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委面上和國際交流項目資助。   

  文章鏈接:https://www.pnas.org/content/early/2019/08/19/1819345116 

   (分子生理實驗室供稿) 

   

  RPA2a調控氣孔發育對稱分裂的分子機制 

(A-D) 經過透明處理後擬南芥子葉的DIC照片。(A) 野生型中分散分布的正常氣孔(淺藍色填注);插圖,成熟氣孔特異標記E1728在一對保衛細胞中的熒光信號。(B) flp-1中存在由4個保衛細胞形成的氣孔簇。(C) flp-1 fsp1雙突變體中氣孔簇形成受到明顯抑制,但也出現了沒有進行分裂的異常氣孔(黃色填注)。(D) fsp1單突變體。插圖,E1728表達說明單一保衛細胞氣孔的形成。(E) CDKB1CDKA受到FOUR LIPS轉錄調控;CDK所介導的RPA2磷酸化決定RPA在參與气孔保卫细胞精细调控和DNA修複的功能。 

 


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