Sci:植物内源性视黄醛是一种重要信号分子 侧根的发生

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Science | 新发现！植物内源性视黄醛是一种重要信号分子，参与调节侧根的发生

2021-09-05 20:52:41　

来源: BioArt植物举报

责编 | 王一

侧根是植物生命过程中吸收水分和养分的关键器官，研究表明，侧根的器官发生通常受到根系生物钟的调控，并且生物钟介导的基因表达的振荡依赖于未知的代谢产物 【1】 。在动物中的研究表明，β-胡萝卜素衍生的类视黄醇类物质 （retinoid） 在体细胞的生物钟振荡、神经发生和脉管系统发育中发挥重要功能 【2】 ，但是目前尚不清楚类视黄醇类物质是否同样介导植物根系生物钟振荡和侧根发育。

21-8月27日，美国Duke University的研究人员在Science在线发表了题为A plant lipocalin promotes retinal-mediated oscillatory lateral root initiation的研究论文。该研究发现在拟南芥中揭示了视黄醛通过与其结合蛋白TIL（TEMPERATURE INDUCED LIPOCALIN） 的相互作用调节根生物钟振荡并介导侧根形成的机制。



在该研究中，研究人员通过部花菁染料 （MCA，一种类视黄醇结合蛋白的化学报告剂） 检测根中是否存在类视黄醇互作蛋白，结果在根分生区 （而非成熟区） 发现高水平MCA荧光，并且早期分化区存在MCA荧光脉冲。进一步研究发现，MCA信号先于pDR5 : LUC表征的根生物钟发生，并且可以预测侧根器官发生位置。之后，研究人员通过类胡萝卜素代谢的化学抑制剂 （D15） 处理，发现DR5生物钟振荡减弱、侧根起始受阻，同时伴随着分生组织中的MCA荧光水平和分化区MCA荧光脉冲频率的降低。这些结果表明，类视黄醇信号在根系生物钟上游发挥作用。

在此基础上，该研究通过GC-MS检测发现，D15可以导致拟南芥中四种化合物的显著降低，包括视黄醛 （apo16） 、14' -apo-β-胡萝卜素 （apo14） 、12'-apo-β-胡萝卜素 (apo12) 和10'-apo-β-胡萝卜素 (apo10) 。视黄醛、apo14和apo12的外源添加可以显著增加被D15抑制的根系DR15振荡频率，同时视黄醛和apo14恢复了D15抑制的初生根生长和侧根能力，表明视黄醛和apo14在诱导侧根器官发生中发挥作用。此外，apo14末端双键的酶促或非酶促反应会氧化生成视黄醛，并且视黄醛可以恢复D15处理的根系中分生组织中的MCA信号强度。以上结果充分表明，视黄醛是介导根系生物钟和侧根发生的关键信号分子。



Retinal rescues D15 inhibition of the root clock and lateral root organogenesis

该研究进一步将拟南芥与在藻类/脊椎动物的视黄醛结合蛋白比对，发现在拟南芥根系表达的初级脂质转运蛋白TIL （TEMPERATURE INDUCED LIPOCALIN，AT5G58070） 与脊椎动物视黄醛结合蛋白4 （RBP4） 具有序列及结构同源性，并且转录分析结果也显示，TIL表达和根系生物钟具有时空一致性。TIL表达在分生组织中最强，在早期分化区振荡，这进一步表明TIL是潜在的植物视黄醛结合蛋白。异源表达结果显示，TIL显著增加了MCA荧光，表明它与MCA相互作用，而将视黄醛 （而非与之具有化学相似性的其他化合物） 用于表达TIL的大肠杆菌则会显著降低MCA荧光，这表明视黄醛与MCA竞争结合TIL。



TIL is a plant lipocalin that interacts with retinal

该研究还发现，TIL等位基因突变 （til-1） 导致根系生物钟振荡被抑制、MCA荧光减弱并且DR5振荡达到峰值后启动侧根原基的速度减慢，这表明TIL可以调节视黄醛信号转导、根生物钟振荡和前分支位点形成。此外，与WT相比，til-1株系对D15的敏感性增加但是对视黄醛的敏感性显著降低，再次表明TIL参与视黄醛介导的侧根发育。

综上所述，该研究发现了视黄醛是诱导根系生物钟振荡和侧根器官发生的内源性代谢物。该研究还鉴定了一个视黄醛结合蛋白TIL，其在视黄醛信号感知和调节根系生物钟中发挥重要作用。

参考文献

【1】M. A. Moreno-Risueno, J. M. Van Norman, A. Moreno, J. Zhang, S. E. Ahnert, P. N. Benfey, Oscillating gene expression determines competence for periodic Arabidopsis root branching. Science 329, 1306–1311 (2010).

【2】M. B. Wahl, C. Deng, M. Lewandoski, O. Pourquié, FGF signaling acts upstream of the NOTCH and WNT signaling pathways to control segmentation clock oscillations in mouse somitogenesis. Development 134, 4033–4041 (2007).

论文链接：

http://science.sciencemag.org/co ... /25/science.abf7461

https://www.163.com/dy/article/GJ5KLL050512TP34.html

植物脂质运载蛋白促进视黄醛介导的振荡侧根启动:

https://www.linkresearcher.com/t ... 1-aa1e-1c96e0469d38



两篇Nature重磅解读！人类的大脑结构和特性为何第一无二？ 胎儿中期 重要 视黄酸 CBLN2基因等

http://www.kaseisyoji.com/forum. ... amp;extra=#pid96162

Hominini-specific regulation of CBLN2 increases prefrontal spinogenesis, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03952-y , www.nature.com/articles/s41586-021-03952-y

Regulation of prefrontal patterning and connectivity by retinoic acid, Nature (2021). DOI:10.1038/s41586-021-03953-x , www.nature.com/articles/s41586-021-03953-x



《科学—进展》:视紫红质让海洋细菌成为捕光“能手”:

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/8/429273.shtm

Nature：重大突破！在果蝇大脑中发现一种新的视紫红质:

六种被称作视紫红质（rhodopsins）的生物色素在果蝇眼睛的光线感知中发挥着已被广泛接受的作用。它们中的三种也在温度感觉中发挥着不依赖光线的作用。如今，一项新的研究证实第七种视紫红质，即Rh7，在果蝇大脑中表达，在那里，它调节着果蝇的昼夜活动周期。相关研究结果于2017年5月10日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A rhodopsin in the brain functions in circadian photoentrainment in Drosophila”。

https://news.bioon.com/article/6703527.html

《自然》子刊《科学报告》中讲述：科学研究找到昆虫光合作用首个证据，揭示蚜虫或具有一套基本的阳光捕获体系:

蚜虫是动物世界中唯一具有合成色素——类胡萝卜素——本领的成员。在蚜虫中，这种色素能够吸收来自太阳的能量，并将其转化为参与能量生产的细胞机制。

合成胡萝卜素的昆虫中的光诱导电子转移和 ATP 合成:

https://www.nature.com/articles/srep00579



《自然》 :科学家攻克G蛋白偶联受体信号转导难题:

与抑制性 G 蛋白结合的人视紫红质的冷冻电镜结构

（β 2肾上腺素能受体 关联）

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0215-y

https://www.nature.com/articles/ ... =news.sciencenet.cn

http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/201861920165690046558.shtm



作者：Elena Oancea 来源：《当代生物学》 发布时间：2011-11-9 9:38:23选择字号：小 中 大

《当代生物学》:防晒霜或干扰皮肤防御紫外线

美国研究人员发现，皮肤中含有感光物质，能够甄别太阳光线中的有害紫外线，启动防御机制，而涂抹防晒霜可能有碍皮肤这种自我防御功能。

皮肤感光

布朗大学细胞生物学家埃琳娜•万恰认为，皮肤就像眼睛一样能够“看见”光线。为验证这一想法是否正确，她带领研究人员，用不同波长的光线照射人的皮肤，记录皮肤反应。

结果发现，皮肤与眼睛视网膜一样，含有感光物质“视紫红质”。这种物质在蓝光和紫外线照射下最为活跃，刺激皮肤在数秒内生成黑色素，吸收有害紫外线，防止形成恶性黑色素瘤和其他皮肤癌。

先前观点认为，皮肤在日晒数天后生成黑色素，皮肤变黑。

英国《每日邮报》2011-11月4日援引万恰的话报道：“我们发现，人体皮肤用一种类似视网膜使用的机制甄别光线，反应时间显著快于先前所知。”

迅速反应

这一研究结果由最新一期《当代生物学》杂志发表。

“先前没有证据表明感光物质在皮肤中也发挥作用，”万恰说，“我们的研究显示，专门的紫外线感光物质使得皮肤细胞能够迅速甄别紫外线，并作出反应。”

她说：“眼睛和皮肤这两样时常曝露在太阳光线下的器官组织，用类似的分子机制适应光线。”

万恰计划继续研究皮肤中感光物质的作用机制。她说：“这只是冰山一角，因为在分子层面仍有许多东西需要弄清。”

防晒须记

万恰说，在开发和使用广谱防晒剂时应当考虑皮肤的这种自我保护能力。她认为，防晒霜不必追求完全隔离太阳光线，因为这样会阻挡某些波长的光线启动身体自我防御。

研究人员希望这项结果能够帮助制药企业开发更有效的产品。

防晒霜的作用原理是将皮肤与紫外线隔离开来，分为物理防晒和化学防晒。物理防晒霜在脸上涂开后，形成保护膜，像镜子一样反射阳光，达到防晒目的。典型的物理性防晒成分呈白色糊状，必须使用卸妆产品帮助卸除干净。

化学防晒霜则利用吸收的原理来防晒，常为透光物质，可吸收紫外线，防止阳光接触皮肤。理论上讲，物理防晒优于化学防晒，但目前市面上大多使用化学防晒。（来源：新华网 黄敏）

http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/20111199382350020402.shtm



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