Учёные открыли новую функцию белка FHY3 в определённости и поддержании меристем растений
У высших растений все ткани и органы образуются из меристем. Апикальная меристема побега (SAM) формирует все надземные части растения на протяжении всей его жизни, а цветочная меристема (FM) прекращает существование после образования всех цветочных органов. Этот процесс, известный как определённость FM, важен для репродуктивного успеха, развития семян и урожайности сельскохозяйственных культур.
Китайская исследовательская группа обнаружила новую функцию белка far-red elongated hypocotyl 3 (FHY3) в определённости и поддержании меристем растений. Он регулирует экспрессию генов sepallata 2 (SEP2) и clavata 3 (CLV3).
Известно, что FHY3 играет ключевую роль в сигнальном пути фитохрома А (phyA) и циркадных ритмах, а также в других процессах: передаче сигнала UV-B, биогенезе хлоропластов, биосинтезе хлорофилла, запрограммированной клеточной смерти, передаче сигнала АБК, ветвлении и времени цветения на вегетативной стадии. Однако роль FHY3 в развитии цветка оставалась неясной.
В этом исследовании учёные выделили несколько мутаций fhy3, которые усиливали дефекты определённости FM у слабого аллеля agamous (ag-10). Генетический анализ показал, что два ключевых регулятора меристем — WUSCHEL (WUS) и CLV3 — являются эпистатичными по отношению к FHY3.
С помощью полногеномных данных ChIP-seq и RNA-seq исследователи идентифицировали сотни генов-мишеней FHY3 в цветках. Оказалось, что в развитии цветка FHY3 действует в основном как транскрипционный репрессор, в отличие от его роли активатора транскрипции в проростках. Анализ обогащения мотивов связывания показал, что FHY3 может совместно регулировать развитие цветка с тремя специфичными для цветка MADS-доменными факторами транскрипции (ТФ) и четырьмя ТФ типа basic helix-loop-helix, участвующими в фотоморфогенезе.
Дальнейшее изучение выявило, что CLV3, sepallata 1 (SEP1) и SEP2 являются генами-мишенями FHY3.
- В SAM FHY3 напрямую подавляет CLV3, который, в свою очередь, регулирует WUS для поддержания пула стволовых клеток.
- Интересно, что экспрессия CLV3 не менялась значительно у мутантов fhy3 и по фитохрому B до и после светового воздействия. Это указывает, что FHY3 и фитохром B участвуют в светозависимой регуляции активности меристем.
- В FM FHY3 напрямую подавляет CLV3, но активирует SEP2, что в конечном итоге способствует определённости FM.
Эта работа раскрывает новые детали механизмов поддержания и определённости меристем и показывает, как роль одного фактора транскрипции может меняться в зависимости от органа и стадии развития. Более того, FHY3 может действовать как связующая молекула во взаимодействии внешних сигналов (например, света) и внутренних регуляторных программ для координации развития растения.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.