Science Advances | 孟来生课题组揭示叶片作为营养信号感受器调控系统叶表皮毛发育的分子机制

BioArt植物 · 公众号 · · 2025-02-06 12:22

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表皮毛主要生长在植物叶片、叶柄、茎等的表面，是植物特化了的表皮细胞。在许多物种中，表皮毛显示出多种形状和各种尺寸。它们行使着多种功能，如水分调节、温度调控、防止紫外线辐射和昆虫啃食等。因此，表皮毛正常生长和发育对植物有重要的作用。已有研究表明，植物激素、内源营养物质、外源生物胁迫和非生物胁迫都极大的影响着表皮毛的生长发育。 然而，营养物质糖怎样影响表皮毛的生长发育，相关的分子机制尚不清楚。

糖信号既作为营养物又是一种关键的营养信号，在植物生长、发育和应对胁迫等方面起着核心作用。糖主要以二糖蔗糖和单糖葡萄糖形式存在于植物中，而转运糖主要以蔗糖形式存在。 然而，糖怎样调控表皮毛形成？糖怎样协同有序调控多个叶片之间表皮毛的生长发育？这些问题目前都不清楚。

2025年2月5日，天水师范大学/江苏师范大学 孟来生 课题组在 Science Advances 上发表了题为“ Trichome development of systemic developing leaves is regulated by a nutrient sensor-relay mechanism within mature leaves ”的研究论文。该研究深入解析了成熟叶片作为一个蔗糖过量的信号感受器，遥远调控新叶片表皮毛发育，而新生的幼叶作为蔗糖需求信号的感受器，直接引导老叶大部分蔗糖分配到新叶，从而实现系统叶片在表皮毛发育中，通过蔗糖信号协同有序的调控叶片表皮毛的发育的分子机制。这是孟来生课题组继揭示糖信号调控拟南芥幼年过渡到成年的分子机理（点击查看： Cell Reports | 江苏师范大学孟来生课题组揭示蔗糖和葡萄糖信号调控植物由幼年向成年过渡的分子机理），揭示糖信号调控拟南芥黄化苗转绿的分子机理（点击查看： Cell Reports | 江苏师范大学孟来生课题组首次揭示糖信号调控黄化苗转绿的分子机制），揭示糖信号调控气孔发育（ PNAS , Bao et al., 2023）之后的又一重要研究成果。

该研究发现，低糖促进表皮毛发育，而高糖或者超量糖抑制表皮毛发育。进一步，该研究鉴定了调控表皮毛生长发育和蔗糖转运的模块，如，Suc-HXK1-EIN3-SUC4, Suc-ACS7-EIN3-SUC4 （蔗糖转运的模块），Suc-ACS7-EIN3-TTG1 （表皮毛生长发育模块）等。新生幼叶由于含有低量糖，因此发出糖需求信号给老叶。这个信号引导老叶将大多数糖通过蔗糖转运模块转运到该新生幼叶上。新生幼叶获得蔗糖后，通过表皮毛生长发育模块，促进新叶表皮毛生长发育。同时，老叶含有的多余的蔗糖发出糖过剩信号，诱导这些过剩糖转运到新叶。有趣的是，获得糖的多少跟叶片年龄密切相关。最年轻的新生幼叶获得最多的糖。从而保证了表皮毛在叶片表面协同有序发育。进一步研究显示，这个协同过程主要由这些蔗糖转运蛋白根据时空不同差异化表达的结果。

天水师范大学/江苏师范大学 孟来生 教授为该论文的通讯作者，孟来生课题组的硕士一年级研究生 魏玉婷 为第一作者。孟来生课题组的博士一年级研究生包沁鑫、孟来生课题组的博士二年级研究生穆欣荣、云南农业大学石亚娜副研究员、天水师范大学王弋博教授为并列第一作者。该论文受到国家自然科学基金,甘肃省重点研发计划，云南省野生植物资源保护专项基金和云南省科学院基础基金资助的资助。

孟来生课题组近年主要从事非生物胁迫影响植物生长发育的机理研究和营养信号调控植物生长发育的机理研究。主要成果发表在系列国际主流SCI期刊上，如 Science Advances （一篇，2025）、 PNAS （一篇，2023）、 Cell Reports （两篇，2021， 2022）、 Plant Physiology （三篇，2020， 2024， 2024）、 PLoS Genetics （一篇，2022）、 Plant Cell and Environment （六篇2015，2018， 2024， 2025，其中两篇in press）、 Plant Biotechnology Journal （一篇，2015）、 Molecular Plant Pathology （一篇，2025 in press）、 Genetics （一篇，2018）。孟来生课题组与南京大学、南京农业大学、中科院南京土壤所联合培养硕博连读的研究生，即学位是以上三个单位的，课题做孟来生课题组的课题。欢迎感兴趣的优秀同学加入。联系方式为：

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