研究人员发现植物根进化的分子源头

根是植物落地后进化出来的器官，它的出现是植物适应陆地环境的重要一步。化石证据表明，蕨类植物和种子植物的共同祖先在泥盆纪中期有根起源事件。然而，现有的研究对这种根起源过程的分子进化知之甚少。关键问题是生长素信号通路如何在根进化过程中被募集并主导根器官的发生。近日，中科院分子植物科学卓越中心徐琳课题组在Molecular Biology and Evolution上发表题为Molecularevolution of auxin-mediated rootInitiation in Plants on Molecular Biology and Evolution的研究论文，揭示了根分子的起源和进化从 Evo-Devo 路线的角度来看。

研究人员对蕨类植物Ceratopteris richardii（水蕨）进行了研究，发现生长素是控制不定根和侧根的核心激素；施用生长素可诱导水蕨产生大量不定根；生长素信号通路直接激活 CrWOXA 的表达，形成根创细胞。 CrWOXA 直接激活 CrWUL 的表达，使根创细胞分裂成根尖。 CrWOXA 和 CrWUL 都是 WOX 家族的转录因子基因。

通过比较种子植物拟南芥，研究人员发现“生长素-WOX”的同源分子通路控制着拟南芥根系创始细胞的发育。这一发现在分子水平上表明，蕨类植物和种子植物的共同祖先可能会招募“生长素-WOX”分子途径，用于根系细胞和根器官的起源和进化。随着植物的进化发育，该分子途径中的生长素信号转导基因和WOX基因的拷贝数不断增加，先后被蕨类植物和种子植物的不同类型的根利用，启动了不同植物的发育。根的种类。

维管束植物根系的起源和演化有许多未解之谜。现有的维管植物是两种早期祖先的后代：真叶植物系（包括蕨类植物和种子植物）和石松植物系。化石证据表明，这两个谱系中根器官的起源是独立的事件：第一个根起源事件发生在早泥盆世的石松属植物谱系；真叶植物谱系中蕨类植物和种子植物的共同祖先在泥盆中。第二个根起源事件发生在中期。本研究证实了生长素在真叶植物谱系中调控根管发育的保守分子功能，但石松属植物谱系根系发育的分子机制和生长素行为尚不清楚，是未来的研究方向。

分子植物卓越中心于杰和张玉云为论文第一作者，许琳为论文通讯作者。该研究由分子植物卓越中心徐琳课题组和张一静课题组合作完成。该研究得到了中国科学院、国家自然科学基金和植物分子遗传学国家重点实验室等项目的支持。

图1. 应用于水蕨生长素后效果对比图

图2 . 维管植物、真叶植物与石松植物的关系

来源：中国科学院分子植物科学卓越中心

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文章来源：《分子科学学报》 网址: http://www.fzkxxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0811/1176.html