2024年10月28日，苏黎世联邦理工学院诺埃尔·布兰科-图里南博士实验室在Nature Plants期刊在线发表了题为：Antagonistic CLE peptide pathways shape root meristem tissue patterning的研究论文，在本文中，作者研究了BAM1、BAM2以及BAM3调控拟南芥根分生组织发育的分子机制与相关CLE信号通路在韧皮部发育过程中的作用。
CLE信号可以有效地缓冲茎部分生组织中的干细胞增殖，从而影响各种植物的空气器官大小。CLE肽配体可以通过冗余和交叉补偿CLAVATA1 （CLV1）型受体激酶信号传导调节拟南芥茎分生组织干细胞生态位。在根分生组织中，CLV1同源物BAM1和BAM2驱动cle13 /16介导的形成分裂，产生地面组织层。目前，对于各种CLE肽通路调控根分生组织发育及其之间的相互关系还存在一定的争议。
1 、CLE45-BAM3信号可拮抗韧皮部谱系的起始
拟南芥基因组编码33个CLE肽，其中外源或内源性增加CLE45会抑制韧皮部筛元件前体细胞的形成与分裂。通过构建多种突变体并观察其根长，发现在茎部分生组织中，CLV1在限制干细胞增殖方面起主导作用，而BAM1/2/3起到冗余保护作用，而在根分生组织中，BAM1和BAM2冗余促进cle13 /16刺激的地上组织形成，而CLV1和BAM3似乎起次要作用。
bam12双突变体出现短根、韧皮部筛管分子列缺失的表型，。而 bam123 三突变体中，根长增加，同时出现韧皮部筛管分子发育延迟的表型，说明BAM3对BAM1和BAM2具有拮抗作用，同样，bam12 cle45三突变体也恢复了韧皮部筛管分子列缺失的表型，尽管它们的发育再次延迟。
2 、在brx突变背景下揭示CLE肽受体基因的功能冗余
SHR 是调节根发育的重要转录因子，可以诱导形成性分裂产生基本组织，其表达和移动影响维管组织模式。shr 单突变体具有韧皮部筛管分子细胞列缺乏的表型。研究进一步证实了SHR和CLE通路具有一致性，并且认为BAM3可能是PHB/PHV的靶点。这两个通路可以协同调控根韧皮部的发育。
作者发现brx筛元分化缺陷表型被PHB和PHV功能丧失所抑制，形成性韧皮部分裂得以恢复。此外，bam3单突变体对CLE45浓度具有抗性，当应用于野生型时，CLE45浓度会消除韧皮部的形成，但bam3 brx双突变体对CLE45同样敏感。
为了确定brx bam3双突变体中负责CLE45感知的受体，作者构建了各种多突变体。bam3 clv1 brx三突变体的表型和CLE45响应与bam3 brx双突变体难以区分，这与clv1在根发育中的次要作用一致。相比之下，在bam13 brx三突变体和bam13 clv1 brx四突变体中，CLE45的敏感性明显降低。与同样具有cle45抗性的bam13 clv1三突变体不同，这些转基因株系再次频繁显示brx样短根表型。这包括受干扰的筛元分化，也包括韧皮部两极周围普遍无序的分裂，包括可能导致频繁移位或重叠的筛元细胞的额外形成分裂。证明了CLE受体基因存在功能冗余的现象。
3 、CLE11/13处理恢复了bam1 bam3 (clv1) brx突变体的韧皮部形成
BAM1在bam3brx双突变背景下感知外源CLE45中的作用，bam13 brx三突变体（或bam13 clv1 brx四突变体）也对各种其他CLE肽不敏感，类似于bam13 clv1三突变体。然而，与后者不同的是，它们对高度相关的CLE11、CLE12和CLE13肽（氨基酸序列R[VRL]VPSGPNPLHH）的应用反应积极。其中，CLE13不仅刺激了bam13 brx（或bam13 clv1 brx）的根生长，还挽救了韧皮部缺陷，从而重建了bam3 brx野生型样的外观。综上所述，尽管CLE11或CLE13的应用扰乱了野生型的维管模式和分生组织维持，类似于CLE45，但它恢复了bam13 (clv1) brx突变体的维管模式和分生组织活性。
4 、根尖转录组分析基因表达
根尖RNAseq分析证实BAM1水平占主导地位，并且在bam13 clv1三联突变体、bam3 brx双突变体、bam13 brx三联突变体和bam13 clv1 brx四联突变体中未检测到BAM2的表达变化。然而，CLV1在bam13 brx三突变体中显著上调三突变体，表明CLV1可能在bam123三突变体中提供补偿。同样，在bam13 clv1 brx三突变体中观察到的转录组学变化在bam13 clv1 brx四突变体中加剧。同样，RNAseq表明BAM2介导bam13 (clv1) brx突变体的CLE13应答。同时发现，CLE13的转录分析与CLE45反应有大量重叠；然而，常见的受调控基因经常以相反的方向响应。基因本体（GO）分析表明，这组转录因子显著富集，可能在执行下游CLE反应中发挥作用。
作者的研究结果显示了不同CLE肽途径在根分生组织中形成组织模式的交叉作用。作者发现CLE肽途径可以拮抗，因为韧皮部谱系的形成分裂被bam3介导的CLE45信号通路抑制，但同时需要bam1 /2介导的CLE11/12/13信号通路。作者还发现bam3介导的CLE45信号在幼苗发育早期必须被抑制，才能为bam1 /2介导的韧皮部谱系的形成创造有利条件，而自分泌bam3介导的CLE信号必须随后关闭，以允许筛选元件分化。不同CLE基因的差异表达可能会加强CLE通路活性的时空分离。最后，精细的CLE信号输出可以通过CLE受体对不同CLE配体的不同亲和力来解释。总的来说，作者的结果表明CLE信号通路具有多种用途。一方面，它驱动干细胞生态位的形成性分裂，因此是地面组织形成和原生表皮起始所必需的。另一方面，它限制了近根分生组织的形成分裂和异位原表皮的形成，但也指导了正确定位的筛管元件细胞群的分化。
评论：曹雪雯
编辑：黄文尉
校对：付小康
林木科学评论
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