植物界的“再生指揮官”被發(fā)現(xiàn)！山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李傳友教授團(tuán)隊(duì)破解世紀(jì)難題

今天大學(xué)路小編整理了植物界的“再生指揮官”被發(fā)現(xiàn)！山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李傳友教授團(tuán)隊(duì)破解世紀(jì)難題相關(guān)內(nèi)容，希望能幫助到大家，一起來看下吧。

　　“是什么控制著器官再生”，這是Science雜志在2005年創(chuàng)刊125周年之際提出的125個(gè)人類未知的重大科學(xué)問題中最重要的25個(gè)科學(xué)問題之一。近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李傳友教授團(tuán)隊(duì)在植物再生領(lǐng)域研究取得重大突破，成功發(fā)現(xiàn)細(xì)胞受傷而產(chǎn)生的再生因子REF1，是引發(fā)組織修復(fù)和器官再生的原初受傷信號(hào)分子，在植物再生中發(fā)揮了巨大作用，并在植物轉(zhuǎn)基因、基因編輯領(lǐng)域有巨大應(yīng)用價(jià)值。北京時(shí)間2024年5月22日，國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Cell在線發(fā)布這一成果。

　　在大自然中，無法移動(dòng)的植物，在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成了令人嘆為觀止、動(dòng)物不可比擬的應(yīng)對(duì)損傷的能力，它們不但能快速激活防御反應(yīng)以抵御病蟲侵害，還能輕松自如進(jìn)行組織修復(fù)、器官乃至整個(gè)生命體的再生。

　　20世紀(jì)70年代，著名美國(guó)學(xué)者Clarence Ryan教授，在模式植物番茄中，發(fā)現(xiàn)了植物對(duì)機(jī)械損傷的系統(tǒng)性防御現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)小肽信號(hào)系統(tǒng)素和植物激素茉莉酸通過共同的信號(hào)通路來調(diào)控植物的系統(tǒng)性防御反應(yīng)。接下來幾十年，對(duì)植物這種積極系統(tǒng)性防御的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，科學(xué)家們開展了大量研究，對(duì)其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理有了深入認(rèn)識(shí)，但對(duì)于植物損傷修復(fù)和器官再生的機(jī)理卻所知甚少。

　　眾所周知，細(xì)胞損傷是觸發(fā)生命體(無論植物還是動(dòng)物)啟動(dòng)再生程序的原初物理誘因。據(jù)此人們推斷一定存在一種由細(xì)胞損傷誘發(fā)的信號(hào)分子在再生過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用，但對(duì)這種信號(hào)分子的化學(xué)本質(zhì)卻無從知曉。

　　李傳友團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以番茄為模式，用遺傳學(xué)手段解析由系統(tǒng)素和茉莉酸共同調(diào)控的植物系統(tǒng)性防御信號(hào)通路。深耕收獲，團(tuán)隊(duì)獲得了一系列系統(tǒng)素信號(hào)通路發(fā)生變化的番茄突變體，幾年前又從中鑒定到在防御和再生方面同時(shí)表現(xiàn)缺陷的突變體spr9。

　　進(jìn)一步的基因克隆結(jié)果表明，SPR9編碼小肽SlPep(23個(gè)氨基酸)的前體蛋白。敲除SPR9會(huì)使番茄喪失受傷誘導(dǎo)的愈傷組織形成能力和器官再生能力，而過量表達(dá)SPR9則可顯著提高番茄的再生能力。此外，外源施加SPR9編碼的小肽可以顯著提高番茄的再生能力，因此團(tuán)隊(duì)將該小肽重新命名為再生因子REF1。

　　研究證實(shí)，富含亮氨酸重復(fù)序列的受體激酶PORK1是REF1的受體。當(dāng)植物發(fā)生細(xì)胞損傷時(shí)，REF1作為原初受傷信號(hào)分子被受體PORK1識(shí)別，并轉(zhuǎn)錄激活下游細(xì)胞重編程關(guān)鍵調(diào)控因子SlWIND1，進(jìn)而啟動(dòng)植物的組織修復(fù)和器官再生進(jìn)程。與此同時(shí)，SlWIND1還結(jié)合到REF1前體基因的啟動(dòng)子區(qū)激活其表達(dá)，從而產(chǎn)生更多的REF1小肽，放大REF1信號(hào)。這些表明，REF1以類似于模式動(dòng)物中“細(xì)胞因子”的作用方式調(diào)控植物的再生過程。

　　尤為重要的是，他們發(fā)現(xiàn)，REF1的作用在植物界是保守的，幾乎在所有雙子葉植物和單子葉植物中都能找到對(duì)應(yīng)的REF1小肽及其受體。外施REF1不僅可以顯著提高番茄(包括一些難以轉(zhuǎn)化的野生番茄)的再生能力和遺傳轉(zhuǎn)化效率，還可以將學(xué)界公認(rèn)難以轉(zhuǎn)化的大豆、小麥和玉米等作物的再生能力提高6~9倍，遺傳轉(zhuǎn)化效率提高4~5倍。

　　相關(guān)方法目前已申請(qǐng)國(guó)際PCT專利。

　　在該項(xiàng)研究中，李傳友團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了防御和再生是植物受傷反應(yīng)的兩個(gè)密不可分的方面的全新理念。他們不僅找到了誘發(fā)植物再生的原初受傷信號(hào)分子REF1，破解了困擾科學(xué)界幾個(gè)世紀(jì)的難題，而且為生物育種中解決作物遺傳轉(zhuǎn)化效率低、基因型依賴嚴(yán)重等瓶頸問題提供了便捷普適的方案。

　　中國(guó)科學(xué)院院士許智宏認(rèn)為， 植物再生因子REF1的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于植物如何識(shí)別損傷*并啟動(dòng)組織修復(fù)和器官再生過程這一植物生命科學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期懸而未決的問題，是一重大進(jìn)展，屬于生命科學(xué)領(lǐng)域的標(biāo)志性成果。

　　中國(guó)科學(xué)院院士種康評(píng)價(jià)道，該研究對(duì)細(xì)胞分化與再生領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)研究和生物技術(shù)應(yīng)用都具有突破性意義。植物再生因子REF1的發(fā)現(xiàn)和利用，對(duì)我國(guó)用好基因編輯這把劍打贏種業(yè)翻身仗、加快國(guó)家生物育種產(chǎn)業(yè)化步伐意義重大。

　　該研究也是山東省高校以通訊作者單位發(fā)表的首篇植物科學(xué)領(lǐng)域的Cell論文。李傳友團(tuán)隊(duì)的中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所博士生楊文韜、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)翟華偉副教授、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所吳芳明副研究員和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)鄧?yán)诮淌跒檎撐墓餐谝蛔髡摺＠顐饔呀淌诤袜嚴(yán)诮淌跒楣餐ㄓ嵶髡?。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張憲省教授、趙翔宇教授、張大健教授，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士、高彩霞研究員等參與研究。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和泰山番茄創(chuàng)新研究院的資助。

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