2022年以來，蘭州大學生命科學學院細胞活動與逆境適應教育部重點實驗室、甘肅省基因編輯育種重點實驗室的科研人員2022年在植物學領域國際期刊The Plant Cell已發表學術論文5篇。The Plant Cell每年全球發文量僅200篇左右，蘭州大學的成果占比2.5%，分布在5個不同的團隊。

植物在其生命周期中需要不斷產生新的細胞、組織和器官，位于分生組織中的干細胞賦予了它這種能力。因此，維持莖端和根端分生組織的穩態對于植物的正常生長發育至關重要。已有的研究表明，CLE類小肽介導的信號通路在擬南芥莖端和根端分生組織的穩態平衡中起著核心的調控作用。但是，仍然不清楚CLV3和CLE25/26/45小肽信號分別被CLV1–CIK和BAM1/3–CIK受體復合物感知后如何傳遞。以此為研究背景，茍小平教授團隊發表了題為“Receptor-like cytoplasmic kinases PBL34/35/36 are required for CLE peptide-mediated signaling to maintain SAM and RAM homeostasis in Arabidopsis”的學術論文。該研究發現了一組胞質受體激酶PBL34/35/36，作為CLV1–CIK和BAM1/3–CIK受體復合物的直接下游分別介導了CLV3和CLE25/26/45的信號調控擬南芥莖端和根端分生組織的穩態平衡（圖1）。這個發現和該課題組其他已經發表的研究結果一起系統闡釋了小肽信號通過受體激酶調控植物干細胞穩態的分子機制，是植物分生組織研究領域的突破性進展。由于分生組織直接和作物的生長發育及產量相關，這些研究成果具有重要的應用前景。

圖1.PBL34/35/36位于CLV1信號通路調控莖端分生組織穩態

光信號作為重要的環境信號影響著幼苗的形態建成，油菜素甾醇是眾多植物激素中調控幼苗形態建成最典型的植物激素，光信號與油菜素甾醇信號在幼苗的形態建成中存在著緊密的交互作用，然而其具體的分子機制還不是很清楚。林芳教授團隊發表了題為“The photomorphogenic repressors BBX28 and BBX29 integrate light and brassinosteroid signaling to inhibit seedling development in Arabidopsis”的學術論文，研究發現光形態建成的抑制因子BBX28和BBX29能夠與油菜素甾醇信號通路的正調節因子BEE1/2/3 相互作用，并通過促進BEE1/2/3的轉錄活性來調節下游目的基因的表達，以此來參與油菜素甾醇信號通路所介導的植物生長發育的過程。因此，BBX28和BBX29是新發現的整合光信號和油菜素甾醇信號調控植物生長發育的重要調節因子（圖2）。該研究為光信號與油菜素甾醇信號在調控幼苗形態建成的交互作用方面增加了新的調控節點，為作物生物育種和性狀改良等提供了重要的理論指導。

圖2. 光形態建成的抑制因子BBX28/29促進油菜素甾醇信號通路

囊泡運輸在真核生物生長發育和環境適應中起著重要的作用。適配蛋白（AP）復合體在囊泡運輸過程中對貨物蛋白的招募至關重要，其主要由四個亞基組成，但是目前并不清楚β亞基在植物生長發育中發揮何種功能以及他們是否由AP-1和AP-2復合體共享。武海軍教授團隊與紹興文理學院王超教授合作發表了題為“AP1/2β-mediated exocytosis of tapetum-specific transporters is required for pollen development in Arabidopsis thaliana”的學術論文。該研究首次在植物中證明了AP1/2β亞基由AP-1和AP-2復合體共享，闡述了AP1/2β適配蛋白在植物生殖發育中的重要作用及其在特定細胞類型中的特殊功能（圖3）。AP1/2β通過介導ABC轉運蛋白ABCG9和ABCG16從TGN到細胞質膜的外吐過程，深入解析了絨氈層細胞通過囊泡運輸調控花粉發育的新機制。

圖3.β亞基功能缺陷導致花粉敗育

花粉管導向是被子植物雌雄配子體雙方進行信號交流和互動的重要生理活動，但其精準的調控機制仍不清楚。該研究發現擬南芥P4型ATP酶家族成員ALA3參與建立負電荷磷脂和類受體激酶PRKs在花粉管頂端的極性分布，從而影響了花粉管生長和導向（圖4）。向云教授團隊發表了題為“The phospholipid flippase ALA3 regulates pollen tube growth and guidance in Arabidopsis”的學術論文。該發現為揭示花粉管導向、類受體激酶的極性定位、負電荷磷脂的生物學功能等重要科學問題的分子機理研究提供了新思路。

圖4.ala3突變體表現出花粉管生長、導向和種子敗育的表型

細胞自噬是真核生物在應對各種逆境及衰老過程中，通過自我降解為細胞提供營養物質的重要生命活動過程，是生命科學的前沿熱點研究領域，植物細胞自噬中參與調控該重要過程的植物蛋白磷酸酶多年來一直是一個謎。侯歲穩教授團隊發表了題為“Type one protein phosphatase regulates fixed-carbon starvation-induced autophagy in Arabidopsis”的學術論文。該研究發現植物I型蛋白磷酸酶TOPP家族可以通過細胞自噬關鍵蛋白ATG13a的去磷酸化修飾，調控ATG1-ATG13激酶復合體的磷酸化狀態，啟動植物發生細胞自噬（圖5）。該發現為深入理解植物細胞自噬發生的分子機理提供了重要證據和思路；同時，由于細胞自噬與植物的抗逆性反應密切相關，本發現也有望應用于農業生產提高作物抗逆性能。

圖5. TOPP介導的ATG13a去磷酸化增強了碳饑餓誘導的細胞自噬

蘭州大學生命科學學院生物學學科有深厚的歷史積淀，在基礎研究領域不斷產出高水平研究成果，持續為國家培養了大批高質量人才。目前，學院積極響應國家號召，在學校的大力支持下，凝心聚力，致力于開展“四個面向”高水平科研工作，依托細胞活動與逆境適應教育部重點實驗室和甘肅省基因編輯育種重點實驗室，著力解決玉米和苜蓿等重要農作物及牧草種業中的“卡脖子”問題，做出蘭大貢獻，引領高質量教學和人才培養。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koab315

https://doi.org/10.1093/plcell/koac092

https://doi.org/10.1093/plcell/koac192

https://doi.org/10.1093/plcell/koac208

https://doi.org/10.1093/plcell/koac251