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Science | 植物根向水性的新机制：ARF7翻译后SUMO修饰

iPlants 精准医学与蛋白组学 2019-06-30

编者按： 众所周知，植物的根具有向水性。当土壤水分分布不均匀时，根趋向较湿的地方生长，这种特性有助于植株巩固的扎根土壤中。但是对于其分子机制，我们知之甚少。

2018年12月21日，Science 杂志发表了题为“Root branching toward water involves posttranslational modification of transcription factor ARF7”研究论文。研究揭示了植物根向水性的分子机制，即侧根生长不对称性依赖于生长素响应因子ARF7翻译后SUMO修饰的调控。

研究发现拟南芥种5种生长素响应因子ARF基因中，只有ARF7突变体表现出根向水性受损（见下图b），说明了植物根的向水性依赖ARF7的作用。

进一步研究表明，ARF7的下游基因LBD16的突变，同样会导致根的向水性受损。另一方面，gLBD16-GFP表达系统发现，LBD16在接触平板的一侧的根原基起始细胞XPP细胞中差异表达。并且在arf7-1突变体中，不对称的gLBD16-GFP表达被破坏（下图F），说明了LBD16以ARF7依赖性方式差异表达而且对于根的向水性是必须的。

接下来，是不是因为ARF7的差异表达，才导致LBD16的差异表达？研究发现35S：ARF7可以恢复arf7-1突变体的根向水性，说明了ARF7通过翻译后（而非转录）机制控制根的向水性。

研究发现，ARF7翻译后能够被SUMO修饰，并且发现ARF7 SUMOylation是根的向水性所必需的。进一步，发现SUMO修饰后的ARF7，能够负调节其DNA结合能力，并且能招募转录因子IAA3形成复合物。同时，水的缺失刺激了这种翻译后的修饰。

总之，研究表明，根在空气和平板接触轴上产生了很大的水势差，触发了根部空气侧的SUMO化ARF7以募集IAA3并产生转录抑制因子复合物，从而阻断与LR起始相关的生长素响应基因表达。相反，因为IAA3不能被接触侧根细胞中的非SUMO化ARF7募集，所以可以诱导LBD16等基因的表达以触发侧根的起始（如下图）。

SUMO修饰后的ARF7蛋白能够招募转录抑制因子的发现，是生长素信号通路中重要的发现。同时文章揭示了植物向水性这一普通现象背后，复杂的分子机制！文章的研究思路，对组学研究中，后续进一步的分子机制研究有极佳的启发性。

参考文献：

Beatriz Orosa-Puente, et al., 2018, Root branching toward water involves posttranslational modification of transcription factor ARF7, Science.

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