生命科学学院瞿礼嘉研究组发现控制植物根毛发生的重要基因

植物根的表皮细胞是研究植物细胞命运决定和模式建成的最佳模型之一。模式植物拟南芥的根表皮细胞由两类细胞组成，一类细胞能长根毛，另一类细胞不能长根毛。同样都是根的表皮细胞，为什么有的可以长根毛有的却不能长？哪些能长根毛哪些不能长？什么样的分子机制决定长根毛这个过程呢？这些问题长期以来困 扰着大家。通过最近十几年对拟南芥的研究，人们发现了一系列重要的基因参与对根表皮细胞长根毛过程的调控，其中GLABRA2 (GL2)就是一个主要的调控基因。GL2基因编码一个同源异形-亮氨酸拉链类型的转录因子，它决定表皮细胞是否长根毛：如果表皮细胞中有GL2表达，就不长根毛，反之就长根毛，因此，GL2是根毛发生的抑制因子。但是，GL2作为一个转录因子是如何调控下游基因控制根毛起始的，有关其分子机制还所知甚少。

北京大学生命科学学院的瞿礼嘉研究组与日本京都大学的青山卓史研究组合作，通过遗传学、高通量转录组学以及生物信息学分析测试，鉴定得到了五个GL2的直接下游调控基因，这五个基因均编码basic Helix-Loop-Helix（bHLH）类型的转录因子。这五个转录因子均特异性地在长根毛的细胞中表达，在不长根毛的细胞中不表达。如果没有 GL2，这五个基因就表达，说明GL2在不长根毛的细胞中抑制了这五个bHLH转录因子的表达。通过体内染色质免疫共沉淀实验，他们确认了GL2可以直接 结合到这五个基因的启动子区，而当把其中两个基因LRL1和LRL2放到原本不长根毛的细胞中进行异位表达时，该细胞就会长出根毛来。这些实验结果表明，GL2是从通过直接抑制bHLH转录因子来控制根表皮细胞的命运、决定是否长根毛的。这项成果丰富了通过GL2决定根毛发生的信号途径的调控网络，是植物发育生物学领域的一个重要进展。

拟南芥根表皮细胞中GL2控制的转录调控网络模型

这项工作于近日以“GLABRA2 targets 1 basic Helix-Loop-Helix transcription factor genes to robustly suppress root hair development”为题在线发表于国际知名学术期刊Plant Cell。生命科学学院博士生林青是这篇论文的第一作者，生命科学学院、北大-清华生命科学中心瞿礼嘉教授及其合作者日本京都大学青山卓史教授是该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和北大-清华生命科学联合中心的资助。