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高速扩散通道”实现叶内信号的快速传递

西北农林科技大学生命科学学院Johannes Liesche 教授团队近期在《Current Biology》杂志在线发表了一篇研究型论文,该研究发现在庇荫反应中,叶内一些特定的细胞会形成高效的细胞耦联以便信号分子从叶尖迅速移动到叶柄。

植物的生长需要光。植物通过一定的叶序使叶子合理地排列从而获得充足的阳光。如果光被遮挡住了植物会怎么样呢?它们会改变叶夹角来避免遮荫。几乎所有的陆地植物都会进行这种庇荫反应。在庇荫反应中,信号分子需要从叶尖移动到叶柄来控制叶夹角。这个信号分子是植物最重要的信号分子之一——生长素。Liesche教授团队运用光激活共聚焦显微成像技术测量了拟南芥叶片中所有细胞的扩散能力。他们发现沿叶中脉分布的表皮细胞能够从叶尖到叶柄高速扩散生长素。他们鉴定了一种具有较低渠化能力的突变体,发现该突变体有较弱的生长素运输以及庇荫反应能力。该研究的结果拓展了我们对植物信号传递的认知。

值得一提的是,该研究经历了较为漫长的过程,最初的数据由哥本哈根大学的Alexander Schulz教授以及华南农业大学刘向东教授于十几年前采集,Johannes Liesche教授在博士期间继续开展了该研究的一些实验,而最终具有决定性意义的实验由这篇文章的第一作者高晨同学在其硕士学习阶段完成。另外,该研究的图像数据收集花费了500多个小时的共聚焦显微镜使用时间。

该研究由西北农林科技大学引进人才科研启动经费及基本科研业务经费支持。

图1:生长素沿叶片的扩散作用对于生长素的高效运输非常重要。A共聚焦显微镜图像演示一种荧光示踪剂从一个细胞扩散到相邻细胞中。B 示踪剂主要沿纵向扩散至不同的相邻细胞。C 将示踪剂测量值转换成细胞壁渗透性,细胞纵向的渗透性比横向渗透性高很多。下面板:当用施加生长素来模拟庇荫反应时,野生型植株的叶夹角变化比gsl8突变体的要更迅速更强烈(gsl8突变体在扩散通路中不具有方向性)。

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)30352-3


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