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中科项目文章 | Plant Cell 中科SCIEX联袂解读—代谢组学揭示水稻不定根发育重要调控通路
Plant Cell (IF 8.631), 2019
OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice1
1. 突变体筛选，获得目标材料
通过筛选突变体，研究人员获得了一个不定根较少的水稻（Oryza sativa）突变体，命名为lcrn1。该突变体不定根原基发育缓慢，不定根原基的起始被部分抑制，因此呈现出不定根数少的表型。
图1. lcrn1的表型特征（图片来源： OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates CrownRoot Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.）
2. LCRN1编码了转录因子OsSPL3
图位克隆技术揭示，lcrn1是由一个转录因子编码基因OsSPL3引起的突变。研究团队证明，lcrn1中的点突变扰动水稻中的MicroRNA（OsmiR156）导致定向的OsSPL3转录本裂解，产生突变表型。
图2. LCRN1图位克隆（图片来源： OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates CrownRoot Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.）
图3. 证实OsmiR156介导OsSPL3的转录后调控（图片来源：OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.）
3. OsSPL3的功能分析
研究人员通过OsSPL3结合位点的染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析和lcrn1中不同表达转录本的RNA测序（RNA-seq）分析，进一步明确了OsSPL3在的靶基因OsMADS50。OsSPL结合在OsMADS50的启动子区以调控其表达。OsMADS50过度表达的植株会呈现不定根较少的表型，在lcrn1突变体中敲除OsMADS50则能逆转并产生正常不定根表型。此外，研究人员还证明了另一个OsmiR156靶基因OsSPL12也能调节OsMADS50和冠根发育。
图4. OsSPL3功能分析（图片来源： OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates CrownRoot Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.）
4. OsSPL3-OsMADS50对生长素信号通路的影响
RNA-seq分析表明，与野生型相比，lcrn1中一系列生长素信号相关基因的表达显著改变。这一结果表明，OsSPL3-OsMADS50模块可以调节生长素运输和信号成分调节冠根发育。通过植物激素靶向质谱检测，发现OsSPL3和OsMADS50不影响生长素和细胞分裂素的生物合成或代谢。
图5. OsSPL3-OsMADS50对植物激素水平的影响（图片来源：OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.）
通过本研究，作者深层地揭示了根冠形成的全新的分子调控机制，即OsmiR156-OsSPL3/OsSPL12模块直接激活了节点中的OsMADS50，以调节水稻冠根发育。
图6. OsSPL3介导的不定根发育调控工作模型（图片来源：OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.）
中科新生命小编心得
在这项工作中，研究团队向我们阐明了一种新的分子途径：OsmiR156-OsSPL3/OsSPL12模块直接激活茎节中的OsMADS50活性，从而调节水稻的不定根发育。在不定根发生的基节中，OsmiR156介导的OsSPL3和OsSPL12转录本降解会减少OsSPL3/OsSPL12及其靶基因OsMADS50的表达，使不定根得以发育。在lcrn1突变体中，OsmiR156不能靶向调控的OsSPL3转录本，导致了OsSPL3和OsMADS50的上调表达，从而抑制不定根的发育。这一发现对禾本科作物的品种改良提供新的途径。
SCIEX Triple Quad™和QTRAP® 系统
优势
1. QTRAP质谱实现同时定性和定量
2. 超高灵敏度， 轻松检测微量代谢物组分
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4. 超高通量，高覆盖度的代谢组分析
本研究中，利用SCIEX QTRAP质谱的MRM扫描模式，精准定量分析了植物体内超痕量内源性激素的浓度。SCIEX Tripe Quad和QTRAP系统，因其灵敏度、稳定性和抗污染能力，一直以来被广泛应用于各类植物激素的定量分析，揭示植物生长发育中的调控规律。
参考文献
1. Shao Y, Zhou HZ, Wu Y, et al., OsSPL3, an SBP-Domain Protein, Regulates Crown Root Development in Rice. Plant Cell 2019, 31 (6): 1257-1275.
2. Pan X, Welti R, Wang X, Quantitative Analysis of Major Plant Hormones in Crude Plant Extracts by High-Performance Liquid Chromatography–Mass Spectrometry. Nature Protocols 2010, 5 (6): 986-992.