植物细胞具有全能性，在离体条件下，植物体细胞可通过干细胞功能的获得、干细胞中心（stem cell niche）重建和生长点形成不断地再生植株。植株再生不仅需要内部复杂的基因网络进行精密调控，也受到外部环境（光、温度等）的影响。光是最重要的环境因子之一，已发现光参与调控植物再生，然而光如何调控植株再生尚不清楚。
近日，山东大学生命科学学院向凤宁教授团队在植株再生调控机制上取得重要突破。相关研究结果 “HY5 inhibits in vitro shoot stem cell niches initiation via directly repressing pluripotency and cytokinin pathways” 发表于植物学著名期刊The Plant Journal上。
该研究发现低光强促进离体苗再生，而高光强抑制离体苗再生。与黑暗条件相比，不同光（红光、远红光、蓝光和白光）对离体苗再生起不同程度的促进作用。多个光信号转导途径相关突变体在不同光下离体苗再生能力鉴定发现，无论在黑暗还是不同光（红光、远红光、蓝光和白光）下，CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1（COP1）均是离体苗再生的主要促进因子，而ELONGATED HYPOCOTYL 5（HY5）均是该过程的抑制因子；HY5可通过依赖光和不依赖光的方式抑制离体苗再生。荧光信号观察发现，干细胞关键基因WUS和CLV3在SIM培养4~5天时的共定位表达是离体干细胞中心起始的标志，HY5缺失促进二者在干细胞中心起始和形成中的共定位表达。分子和生化实验发现，HY5可通过直接结合WUS和CLV3的启动子抑制其表达，亦可通过直接抑制细胞分裂素响应因子ARR12的表达来间接抑制WUS和CLV3的表达，从而证明了HY5通过对WUS和CLV3在转录水平上的双重调节来实现对离体苗再生的精确调控。
Fig 1. (a-g) HY5 inhibits shoot regeneration from root explants while COP1 promotes it under different light conditions. (h-i) Predicted temporal and spatial expression of CLV3 and WUS in root explants exposed to continuous white light.
Fig 2. A working model to demonstrate how HY5 could inhibit shoot regeneration from explants cultured in the presence of light and in the dark.
综上，该研究证明了HY5是介导光信号调控离体苗再生的关键因子，揭示出HY5是连接光信号、干细胞信号和细胞分裂素信号分子调控网络的枢纽，发现了COP1-HY5调控离体苗再生的新通路，初步阐明了光信号调控离体苗再生的潜在机制。
向凤宁课题组长期从事拟南芥离体苗再生的分子机制研究，利用离体培养体系，鉴定出多个参与离体苗再生的重要功能基因及miRNAs，解析了它们控制离体苗再生的分子通路，相关研究成果发表在The Plant Cell 2020；The Plant Journal 2021；2016a；2016b；2012；J Integr Plant Biol. 2021；2017等期刊上。该研究成果证明了外部环境—光对植株再生的影响，揭示了HY5介导的光信号对离体苗再生的调控机理。这些研究成果不仅为解析植物学领域重大科学问题“植物细胞全能性机理”提供了重要线索，而且为推动植物离体快繁和农作物基因编辑技术的应用提供了理论指导。
该论文以山东大学为第一和通讯作者单位，博士后代学焕（现为青岛农业大学农学院讲师）为第一作者，向凤宁教授为通讯作者。该研究受到国家重大科学研究计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金及山东省重大基础研究等项目资助。
全文链接：
https://doi.org/10.1111/tpj.15703
植物科学最前沿，专注于植物科学前沿进展、资讯、招聘信息的发布及方法软件共享等。投稿及招聘请后台回复“投稿”，均为无偿；商务合作请联系微信ID：zwkxqy；