SHR和CIF协同调控植物根系凯氏带形成的机制

Casparian strip is an apoplastic diffusion barrier that forms in earlier stage of endodermal differentiation to enhance the adaptability of plants to environment. The presence of Casparian strip restricts the transport of apoplastic water and nutrient into the endodermal cells and vascular tissues, which is used as a marker for a functional endodermis. Our present findings showed that SHR combined with CIF Peptides induces functional Casparian strips in non-endodermal cells. However, it remains unclear how SHR and CIFs regulate functional Casparian strip formation. Here, we will focus on this question revolving the function of SHR and CIFs in endodermal differentiation and explore its molecular mechanism.

凯氏带是在内皮层细胞早期分化过程中形成的一种疏水性结构，它的存在限制了基本组织和维管组织之间的自由运输，迫使根系有选择性地吸收营养物质和水分，增强了植物对环境的适应性。凯氏带的出现标志着内皮层细胞发育成熟。我们前期的研究结果发现SHR能和来源于维管束的小肽CIF信号协作，对细胞命运进行重编程，促使非内皮层细胞形成完整的有功能的凯氏带。但是SHR与CIFs两种信号通路如何协同调控凯氏带的形成并不清楚，在本申请中，我们将针对这个未知问题进行探讨，研究SHR-CIF信号调控植物内皮层凯氏带形成的机理，并发掘其介导的调控网络。

凯氏带是内皮层细胞成熟分化后形成的一种疏水性结构，能增强植物对外界环境的适应性。功能性凯氏带的形成至少需要两种信号因子SHR和CIF，然而这两种信号通路如何协同调控凯氏带的形成机制并不清楚。本项目探究了SHR-CIF信号调控植物内皮层凯氏带形成的机理，并发现了其介导的新的下游调控通路。研究发现SHR和CIFs两条信号通路相互独立，同时它们通过共同作用下游信号因子SGN3调控凯氏带的形成；确定了新的下游信号因子SPK1/ROP与SGN3下游SGN1互作，在木质素沉积过程中起到关键作用，丰富了受体激酶SGN3/SGN1介导的调控凯氏带精细定位的信号通路；发现了油菜素内酯信号与SHR拮抗，通过转录抑制子BZR1与SHR蛋白互作抑制SHR功能，从而抑制根的木质化，为植物根系向细胞壁木质化转变的机制提出新的观点。这些研究丰富了SHR/CIFs介导的凯氏带形成的分子调控网络，为根内皮层细胞木质素的沉积和精细定位提供新的研究思路，也有利于我们充分理解凯氏带结构的形成，建立一个通用的植物细胞木质化的调控机制。