新闻资讯

中科项目文章 | Plant Cell 中科SCIEX联袂解读—代谢组学揭示水稻不定根发育重要调控通路

2020-02-21
中科新生命
2178

不定根是须根系作物根部的重要组成部分,起着在土壤中固定植株,摄取水分和营养物质的重要功能。然而,不定根形成的分子机制却知之甚少。2019年4月,浙江大学生命科学学院植物生物学研究所毛传澡教授课题组在国际权威期刊《Plant Cell》(即《植物细胞》)(IF= 8.631)发表了水稻不定根发育的相关研究成果。中科新生命参与了基于SCIEX Triple Quad™和QTRAP®系统的代谢组检测分析工作。


image.png

Plant Cell (IF 8.631), 2019

OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice1


1. 突变体筛选,获得目标材料

通过筛选突变体,研究人员获得了一个不定根较少的水稻(Oryza sativa)突变体,命名为lcrn1。该突变体不定根原基发育缓慢,不定根原基的起始被部分抑制,因此呈现出不定根数少的表型。

image.png

图1. lcrn1的表型特征(图片来源: OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates CrownRoot Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.


2. LCRN1编码了转录因子OsSPL3

图位克隆技术揭示,lcrn1是由一个转录因子编码基因OsSPL3引起的突变。研究团队证明,lcrn1中的点突变扰动水稻中的MicroRNA(OsmiR156)导致定向的OsSPL3转录本裂解,产生突变表型。

1582256922558174.png

图2. LCRN1图位克隆(图片来源: OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates CrownRoot Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.

1582256967371957.png

图3. 证实OsmiR156介导OsSPL3的转录后调控(图片来源:OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.


3. OsSPL3的功能分析

研究人员通过OsSPL3结合位点的染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)分析和lcrn1中不同表达转录本的RNA测序(RNA-seq)分析,进一步明确了OsSPL3在的靶基因OsMADS50。OsSPL结合在OsMADS50的启动子区以调控其表达。OsMADS50过度表达的植株会呈现不定根较少的表型,在lcrn1突变体中敲除OsMADS50则能逆转并产生正常不定根表型。此外,研究人员还证明了另一个OsmiR156靶基因OsSPL12也能调节OsMADS50和冠根发育。

1582257054866894.png

图4. OsSPL3功能分析(图片来源: OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates CrownRoot Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.


4. OsSPL3-OsMADS50对生长素信号通路的影响

RNA-seq分析表明,与野生型相比,lcrn1中一系列生长素信号相关基因的表达显著改变。这一结果表明,OsSPL3-OsMADS50模块可以调节生长素运输和信号成分调节冠根发育。通过植物激素靶向质谱检测,发现OsSPL3OsMADS50不影响生长素和细胞分裂素的生物合成或代谢。

1582257605500368.png

图5. OsSPL3-OsMADS50对植物激素水平的影响(图片来源:OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.

通过本研究,作者深层地揭示了根冠形成的全新的分子调控机制,即OsmiR156-OsSPL3/OsSPL12模块直接激活了节点中的OsMADS50,以调节水稻冠根发育。

1582257641913130.png

图6. OsSPL3介导的不定根发育调控工作模型(图片来源:OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.)


中科新生命小编心得


在这项工作中,研究团队向我们阐明了一种新的分子途径:OsmiR156-OsSPL3/OsSPL12模块直接激活茎节中的OsMADS50活性,从而调节水稻的不定根发育。在不定根发生的基节中,OsmiR156介导的OsSPL3OsSPL12转录本降解会减少OsSPL3/OsSPL12及其靶基因OsMADS50的表达,使不定根得以发育。在lcrn1突变体中,OsmiR156不能靶向调控的OsSPL3转录本,导致了OsSPL3和OsMADS50的上调表达,从而抑制不定根的发育。这一发现对禾本科作物的品种改良提供新的途径。

SCIEX Triple Quad™和QTRAP® 系统

1582257668104740.png

优势

1. QTRAP质谱实现同时定性和定量

2. 超高灵敏度, 轻松检测微量代谢物组分

3. 超高稳定性,耐受大规模复杂基质样本分析

4. 超高通量,高覆盖度的代谢组分析


本研究中,利用SCIEX QTRAP质谱的MRM扫描模式,精准定量分析了植物体内超痕量内源性激素的浓度。SCIEX Tripe Quad和QTRAP系统,因其灵敏度、稳定性和抗污染能力,一直以来被广泛应用于各类植物激素的定量分析,揭示植物生长发育中的调控规律。



参考文献

1. Shao Y, Zhou HZ, Wu Y, et al., OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.

2. Pan X, Welti R, Wang X, Quantitative Analysis of Major Plant Hormones in Crude Plant Extracts by High-Performance Liquid Chromatography–Mass Spectrometry. Nature Protocols 2010, 5 (6): 986-992.