植物根系对于支持植物的正常生长发育至关重要，它通过从土壤中吸收必要的营养物质和水分来推动植物的成长。根系的生长与发展依赖于根尖分生组织的细胞不断分裂和分化的过程。在模式植物拟南芥的根部干细胞微环境中，转录因子WOX5在静止中心内特异性地表达，并对调控根尖干细胞的分化起到核心作用。尽管已知有多种途径参与了WOX5转录水平的调控，但关于WOX5蛋白稳定性的调节机制尚未完全明了。先前的研究显示，由中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队及其合作伙伴完成的工作表明，拟南芥中的DA1基因编码了一种活性肽酶，这种酶是控制种子及器官尺寸的关键因素。DA1能够处理影响多个器官尺寸的重要因子，同时也可作用于茎尖分生组织中的关键转录因子WUS，改变其蛋白稳定性，以此调节茎尖分生组织的尺寸。最近，李云海团队的研究又有了新的进展，他们发现拟南芥中的DA1肽酶能作用于WOX5蛋白，影响其稳定性，这是调控根尖分生组织中干细胞分化的一个重要机制。研究观察到，在da1-1突变体中出现了额外的小柱干细胞层，而在DA1过表达的植物中，则观察到了小柱干细胞提前分化的现象。遗传学分析揭示了DA1与WOX5处于同一个遗传路径上，共同调控根尖干细胞的分化过程。此外，研究还发现植物激素细胞分裂素在根部的作用是增加DA1蛋白的积累，促使WOX5蛋白的降解，进而推动根尖细胞的分化。这项研究首次识别出了影响WOX5蛋白稳定性的关键因子，为理解根尖干细胞功能调控提供了新的视角。相关研究结果以“The cleavage of WOX5 by the peptidase DA1 connects cytokinin signaling and root stem cell regulation”为题于2024年10月21日在线发表于Current Biology杂志。在读博士生崔桂彩，已出站博士后翟亦倩和已毕业的李玉博士为该论文第一作者，李云海研究员和中国科学院植物研究所郑雷英副研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和中国科学院先导专项B的资助。![]()
图：Cytokinin-DA1-WOX5控制根尖干细胞功能的工作模型
水稻与小麦作为全球重要的粮食作物，其籽粒的大小和重量直接关系到作物的产量。因此，寻找并研究影响水稻和小麦籽粒大小及重量的关键基因及其分子机制，对于提升作物产量具有极其重要的应用价值和科学指导意义。最近，中国科学院遗传与发育生物学研究所的李云海研究团队联合汪迎春研究员以及河南大学的周云教授等人，揭示了一种新的调控水稻和小麦籽粒大小和重量的机制。此前，李云海团队已经发现了一个名为GS2的转录因子，该因子能够调控水稻籽粒的大小和产量，而OsmiR396能够调控GS2的表达水平。具体而言，来自籼稻大粒品种的GS2在其OsmiR396靶标位置上发生了两个碱基的变化（从TC变为AA），这一等位基因变异（NIL-GS2AA）能够显著增加水稻籽粒的长度、宽度、重量及总产量。为了深入探究GS2如何调控籽粒大小和重量的分子机制，研究团队对携带NIL-GS2AA的近等基因系进行了化学诱变处理，从中筛选出一个名为eog1（NIL-GS2AA增强子1）的突变体。相较于原始的NIL-GS2AA，eog1突变体的籽粒在长度、宽度和重量上都有显著的增长。EOG1编码一种RNA结合蛋白，能够与多个涉及水稻籽粒大小调控的基因的mRNA相结合，从而影响这些基因的表达水平。研究还发现，OsGSK3可以通过磷酸化EOG1来调控其蛋白质稳定性。遗传学分析显示，EOG1与OsGSK3在同一遗传路径上共同调控水稻籽粒的大小和重量，但这一过程独立于GS2的作用机制之外。此外，通过基因编辑技术敲除小麦中EOG1的同源基因TaEOG1A/B/D也能显著增大籽粒的尺寸和重量，证明了EOG1在水稻和小麦中调控籽粒性状的功能具有保守性。这项研究不仅揭示了OsGSK3-EOG1途径在调控水稻籽粒大小和重量方面的新机制，也为提高水稻和小麦这两种主要粮食作物的产量提供了坚实的理论依据和宝贵的基因资源。该研究成果以“Control of grain size and weight by the RNA-binding protein EOG1 in rice and wheat”为题于2024年10月22日在线发表于Cell Reports杂志。李云海研究组的严莉、焦兵阳、段朋根和河南大学郭光辉为该论文的共同第一作者，遗传发育所李云海研究员和河南大学周云教授为共同通讯作者。该项研究得到了生物育种专项、中国科学院先导专项，国家重点研发计划等项目的资助。
![]()
图: EOG1调控种子大小和重量的工作模型
DOI:10.1016/j.cub.2024.09.052DOI:10.1016/j.celrep.2024.114856
