開花種子植物能很好地適應復雜多變的陸地環境🧖🏻♂️,其中一個重要原因是可以產生種子。當外界環境對植物生長不利時🙇🏼♀️,種子可以埋藏在土裏存活很長時間,直到外界環境適合植物生長時🧑🏿🎄,種子才在土裏萌發並生長出來,開始一個新的生命周期📨。然而,現實中土壤的深度及厚度不一樣👫🏼,研究者過去對植物幼苗怎樣根據土壤的條件靈活調整自身生長發育的分子機理並不清楚。
最近🩸,生命科學學院鄧興旺教授與郭紅衛教授實驗室合作發現😱→,植物幼苗在土裏生長時,可以根據土壤條件的不同而產生相應量的乙烯。進一步的研究發現🏔,EIN3基因介導的乙烯信號通路在調控幼苗出土過程中起著關鍵作用❓🤏🏽。缺失這條信號通路將大大降低植物幼苗的出土存活能力。幼苗出土過程中🪯,在EIN3下遊🍼,土壤可以在下胚軸中特異地激活一條ERF1信號通路📩,同時在子葉中特異地激活一條PIF3信號通路。在出土過程中,ERF1通路抑製幼苗的向上生長,而PIF3通路則抑製子葉中葉綠素原酯的合成。這種同時激活的ERF1和PIF3通路使得植物幼苗可以根據土壤條件同步調控子葉中葉綠素原酯的合成與下胚軸向上生長的速率。當植物幼苗最終從不同的土裏生長出來見光時🚇,子葉中總是可以保持最適水平的葉綠素原酯積累,既可足夠迅速地啟動光合作用,同時又可以避免光氧化損傷。
這項工作鑒定了植物幼苗出土時介導土壤條件與植物生長發育調控的中心媒介,揭示了植物幼苗出土存活過程中的分子調控網絡。該成果於2014年3月5日在美國科學院院刊PNAS在線發表🐒,題目為Ethylene-orchestrated circuitry coordinates a seedling’s response to soil cover and etiolated growth,第一作者為鐘上威博士,這也是他在發現乙烯調節子葉變綠(Zhong et al., PNAS,2009)和闡明光下乙烯促進下胚軸生長的分子機理(Zhong et al., Current Biology, 2012)後的又一重要進展🏄♂️。