文章題目： Amyloplast sedimentation repolarizes LAZYs to achieve gravity sensing in plants

期刊：Cell

發(fā)表時(shí)間：2023年9月22日

主要內容：清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心陳浩東團隊在Cell期刊在線(xiàn)發(fā)表了文章Amyloplast sedimentation repolarizes LAZYs to achieve gravity sensing in plants，該論文解析了“淀粉-平衡石”假說(shuō)的分子機制，其核心是植物偏離重力方向后，淀粉體可通過(guò)其表面的TOC蛋白攜帶LAZY蛋白一起沉降，并引導LAZY蛋白沿著(zhù)重力方向在細胞膜上形成新的極性分布，進(jìn)而調控植物的向重力性生長(cháng)。

原文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01035-8

使用TransGen產(chǎn)品：

Trans5a Chemically Competent Cell (CD201)

Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)

研究背景

重力對植物的生長(cháng)發(fā)育發(fā)揮著(zhù)極其重要的調控作用，根的向下生長(cháng)和莖的向上生長(cháng)稱(chēng)為植物的向重力性，又可分為重力感受、信號傳遞以及不對稱(chēng)生長(cháng)三個(gè)過(guò)程。其中重力感受可進(jìn)一步劃分為兩個(gè)階段，首先是對重力這一矢量物理信息的感知，其次是將接收到的物理信號轉變?yōu)樯砩盘枴?/span>

1880年，Charles Darwin指出種子植物根部感受重力方向的區域是根尖，而后Bohumil Nemec, Gottlieb Haberlandt與Francis Darwin在1900至1903年提出了植物感受重力的“淀粉-平衡石”假說(shuō)，該假說(shuō)認為植物相對于重力矢量的方向改變后，平衡石細胞（根尖柱細胞和莖內皮層細胞）內的淀粉體（含有淀粉的質(zhì)體）會(huì )沉降到這些細胞新的底部，啟動(dòng)重力信號的傳遞。后續研究發(fā)現重力信號傳遞后引起根或莖中生長(cháng)素的不對稱(chēng)分布，進(jìn)而調控了它們的彎曲生長(cháng)?！暗矸?平衡石”假說(shuō)是最被廣泛接受的重力感受理論。然而淀粉體沉降這個(gè)物理過(guò)程是如何轉變?yōu)橹参矬w內的生理生化信號，從而實(shí)現重力感受，一直是科學(xué)界的未解之謎。

文章概述

陳浩東團隊首先通過(guò)對擬南芥進(jìn)行基因編輯和遺傳回補實(shí)驗，發(fā)現LAZY家族蛋白的LAZY2、LAZY3和LAZY4基因的功能具有冗余性，其次通過(guò)熒光觀(guān)察與免疫電鏡等實(shí)驗發(fā)現這三個(gè)LAZY蛋白主要定位在擬南芥根尖柱細胞的細胞膜和淀粉體膜上。進(jìn)一步的實(shí)驗發(fā)現當植物偏離重力方向后，淀粉體在柱細胞中沿著(zhù)重力方向沉降至細胞新的下側。沉降過(guò)程中，靠近淀粉體的細胞膜上出現聚集的LAZY-GFP熒光信號，淀粉體沉降到底部后，底部細胞膜上的熒光顯著(zhù)增強。淀粉缺失會(huì )導致質(zhì)體沉降變慢，LAZY的重新極性化相應變慢，植物的向重力性變差。熒光漂白恢復實(shí)驗表明LAZY蛋白可以從淀粉體表面轉移至鄰近的細胞膜上。這些數據表明淀粉體沉降可幫助LAZY蛋白在柱細胞膜上形成沿重力方向的新極性，進(jìn)而調控植物的向重力性。

隨后，陳浩東團隊以L(fǎng)AZY4為代表開(kāi)展了生化機制研究，他們發(fā)現植物改變相對于重力的方向后，LAZY4與蛋白激酶MPK3和MKK5的相互作用短時(shí)間內快速增強，當根尖恢復至豎直向下生長(cháng)時(shí)互作減弱；在此過(guò)程中，LAZY4的磷酸化水平相應地先增強再減弱。MPK3/6 表達量降低或LAZY4上磷酸化位點(diǎn)的失活突變，均會(huì )導致LAZY4的淀粉體定位、重力刺激后LAZY4極性形成受到削弱，植物的向重力性變差。酵母雙雜交實(shí)驗中，模擬磷酸化的LAZY4可以與TOC復合體的組分TOC34、TOC120、TOC132相互作用，而正常形式的LAZY4和這些TOC蛋白無(wú)明顯互作。將TOC120與TOC132基因同時(shí)突變后，LAZY4蛋白的淀粉體定位及重力刺激引起的LAZY4細胞膜極性定位均顯著(zhù)減弱，突變體根的向重力性也顯著(zhù)減弱。這些結果表明TOC蛋白可通過(guò)與磷酸化LAZY4蛋白的互作，調控其在柱細胞中的極性分布，進(jìn)而調控植物的向重力性。

綜上，陳浩東團隊推出了植物根系感受重力的模型，為“淀粉-平衡石”假說(shuō)提供了分子解釋?zhuān)沂玖酥参锔惺苤亓Φ姆肿訖C制，是植物信號轉導領(lǐng)域的重大突破。LAZY與TOC兩類(lèi)蛋白均在不同植物中廣泛存在，該研究揭示的重力感受機制很可能具有普適性。細胞器的運動(dòng)與極性的形成都是很普遍的生物學(xué)現象，該工作揭示的細胞器運動(dòng)直接調控蛋白新極性形成的機理，對其它極性相關(guān)研究也具有啟示意義。

植物根尖感受重力的模型

全式金產(chǎn)品支撐

優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金的克隆感受態(tài)細胞Trans5a Chemically Competent Cell (CD201) 和表達感受態(tài)細胞Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801) 助力本研究。

Trans5a Chemically Competent Cell (CD201)

本產(chǎn)品經(jīng)特殊工藝制作，可用于DNA的化學(xué)轉化。使用pUC19質(zhì)粒DNA檢測，轉化效率高達108 cfu/μg DNA以上。因其轉化效率高，產(chǎn)品性能穩定的特點(diǎn)多次榮登Nature、Cell、Cell Metabolism期刊。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

● 適用于藍白斑篩選。

● rec A1和end A1的突變有利于克隆DNA的穩定和高純度質(zhì)粒DNA的提取。

Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)

本產(chǎn)品采用進(jìn)口菌株，特殊工藝制作，可用于DNA的化學(xué)轉化。細胞具有氯霉素(Camr)抗性。使用pUC19質(zhì)粒DNA檢測，轉化效率可達107 cfu/μg DNA。因其表達效率高、產(chǎn)品性能穩定的特點(diǎn)多次榮登Nature、Cell、Science期刊。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

● 該菌株是攜帶氯霉素抗性質(zhì)粒BL21的衍生菌，補充大腸桿菌缺乏的6種稀有密碼子（AUA， AGG， AGA，CUA， CCC， GGA）對應的tRNA，提高外源基因，尤其是真核基因在原核系統中的表達水平。

● 表達效率高、產(chǎn)品性能穩定。

全式金產(chǎn)品再一次登上Cell期刊，證明了大家對全式金產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認可，也完美詮釋了全式金一直以來(lái)秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶(hù)”的理念。全式金始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來(lái)能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續助力科研。

使用Trans5a Chemically Competent Cell (CD201)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：

? Li X, Zhang Y, Xu L, et al. Ultrasensitive sensors reveal the spatiotemporal landscape of lactate metabolism in physiology and disease[J]. Cell Metabolism, 2023.

? Ma M, Shen S Y, Bai C, et al. Control of grain size in rice by TGW3 phosphorylation of OsIAA10 through potentiation of OsIAA10-OsARF4-mediated auxin signaling [J].Cell Reports, 2023.

? Wang T, Wang Y, Chen P, et al. An Ultrasensitive, One-Pot RNA Detection Method Based on Rationally Engineered Cas9 Nickase-Assisted Isothermal Amplification Reaction[J]. Analytical Chemistry, 2022.

? Zhong S J, Ding W Y, Sun L, et al. Decoding the development of the human hippocampus[J]. Nature, 2020.

? Zhong S J, Zhang S, Fan X Y, et al. A single-cell RNA-seq survey of the developmental landscape of the human prefrontal cortex[J]. Nature, 2018.

? Han Y M, Liu Q Y, Hou J, et al. Tumor-Induced Generation of Splenic Erythroblast-like Ter-Cells Promotes Tumor Progression[J]. Cell, 2018.

? Xu X Q, Xu J, Wu J C, et al. Phosphorylation-Mediated IFN-γR2 Membrane Translocation Is Required to Activate Macrophage Innate Response[J]. Cell, 2018.

使用Transetta(DE3) Chemically Competent Cell (CD801)產(chǎn)品發(fā)表的部分文章：

? Wang C L, Wang J, Lu J Y, et al. A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice[J]. Cell, 2023.

? Qi Y, Ding Li, Zhang S W, et al. A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency[J]. Cell, 2022.

? Wu M, Xu G, Han C, et al. lncRNA SLERT controls phase separation of FC/DFCs to facilitate Pol I transcription[J]. Science, 2021.

? Yao H P, Song Y T, Chen Y, et al. Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus[J]. Cell, 2020.

? Wang L, Wang B, Yu H, et al. Transcriptional regulation of strigolactone signalling in Arabidopsis[J]. Nature, 2020.

? Guo C J, Ma X K, Xing Y H, et al. Distinct processing of lncRNAs contributes to non-conserved functions in stem cells[J]. Cell, 2020.

? Liu C X, Li X, Nan F, et al. Structure and degradation of circular RNAs regulate PKR activation in innate immunity[J]. Cell, 2019.

? Xue J H, Chen G D, Hao F H, et al. A vitamin-C-derived DNA modification catalysed by an algal TET homologue[J]. Nature, 2019.