西南大学生物技术中心揭示生长素在棉花纤维起始细胞中积累的机制

西南大学裴炎教授课题组此前发现，生长素在纤维细胞中特异积累决定纤维细胞的数量，通过对生长素合成基因的时空精准调控，实现了棉花纤维产量和品质的同步改良。该论文在Nature Biotechnology（2011）发表后，引起广泛关注。但是，为什么生长素只在纤维细胞中高浓度积累，而在与之相邻的非纤维细胞中观察不到这种积累？另外，前人研究表明，生长素运输蛋白PINs在植物根中的分布定位受重力控制，从而影响生长素的运输与分配。然而，棉花胚珠近似球形，重力模式难以解释生长素在棉花胚珠表皮相邻细胞间的不对称分布。针对这些问题，课题组继续展开深入研究。经过多年的努力，课题组发现：生长素外运蛋白GhPIN3a只在非纤维细胞的质膜上定位，这种不对称分布能使生长素从非纤维细胞外运至纤维细胞中，而GhPIN3a在纤维细胞膜上的缺失导致生长素的积累。这一发现揭示了生长素在单细胞中极性分布的机制。同时还发现，细胞分裂素通过干扰GhPIN3a蛋白在非纤维细胞中的定位，拮抗生长素对纤维细胞起始的促进作用，抑制棉花纤维细胞的起始。该成果以“Cytokinin inhibits cotton fiber initiation via disrupting PIN3a-mediated IAA asymmetric accumulation in ovule epidermis”为题，近日在植物研究领域著名期刊Journal Of Experimental Botany在线发表。西南大学生物技术中心的裴炎教授为该论文的通讯作者，博士研究生曾健晏和张觅副研究员为共同第一作者。论文被遴选为该期的Insight  Articles。在同期发表题为“Optimization of polar distribution of GhPIN3a in the ovule epidermis to improve cotton fiber development”的评述文章介绍了这一“高质量原创性研究（top-quality original research）” 成果，认为“这一发现可为棉花育种提供新的策略”。下一步，课题组将致力寻找“决定PIN蛋白在纤维与非纤维细胞的关键因子和调控机制”，以解析植物细胞膨大的调控网络和调控机制。