植物根尖感受重力的简化模型。

　　本报讯 重力作为地球上时时刻刻、无处不在的物理环境因子，对植物的生长发育发挥着极其重要的调控作用。植物的根向下生长（正向重力性），有利于植物的固着及对土壤中水分与营养物质的吸收；而植物的茎向上生长（负向重力性），有利于其获得更好的光照条件以及生长空间等。植物的向重力性可分为重力感受、信号传递以及不对称生长三个过程。重力感受可进一步划分为两个阶段，首先是对重力这一矢量物理信息的感知，其次是将接收到的物理信号转变为生理生化信号。
　　9月22日，清华大学生命科学学院、清华-北大生命科学联合中心陈浩东研究员团队在《细胞》（Cell）期刊在线发表题为“植物中淀粉体沉降重新极性化LAZYs实现重力感受”的研究论文。该论文解析了“淀粉-平衡石”假说的分子机制，其核心是植物偏离重力方向后，淀粉体可通过其表面的TOC蛋白携带LAZY蛋白一起沉降，并引导LAZY蛋白沿着重力方向在细胞膜上形成新的极性分布，进而调控植物的向重力性生长。
　　该论文中，陈浩东团队提出的植物根系感受重力的具体模型如下：植物竖直生长时，根尖柱细胞中的淀粉体沉降在细胞下侧，LAZY蛋白主要定位于细胞下侧的细胞膜上，并且磷酸化水平较低；植物偏离重力方向时，MKK5-MPK3蛋白激酶模块与LAZY蛋白的相互作用增强，提高LAZY蛋白的磷酸化水平；磷酸化的LAZY蛋白与淀粉体表面TOC34/120/132蛋白的相互作用增强，促进LAZY蛋白从细胞膜向淀粉体外膜的转移；淀粉体沉降引导LAZY蛋白在柱细胞新的下侧聚集，此过程中LAZY蛋白可能在淀粉体与细胞膜之间来回转运，在下侧聚集的LAZY蛋白进而调控生长素的不对称分布和根的弯曲生长；植物根尖回到竖直方向时，LAZY蛋白的磷酸化水平与定位也回到初始状态。
　　该成果为120年前提出的“淀粉-平衡石”假说提供了分子解释，揭示了植物感受重力的分子机制，是植物信号转导领域的重大突破。LAZY与TOC两类蛋白均在不同植物中广泛存在，该研究揭示的重力感受机制很可能具有普适性。细胞器的运动与极性的形成都是很普遍的生物学现象，该工作揭示的细胞器运动直接调控蛋白新极性形成的机理，对其他极性相关研究也具有启示意义。
　　陈浩东为论文通讯作者。北京大学现代农学院2017级博士生陈家悦（2020年起在清华访问研究），北京大学生命学院博士后于仁波，清华大学生命学院博士后李娜、邓兆国，北京大学现代农学院博士后张欣欣，北京大学生命学院2017级博士生赵亚冉（2020年起在清华访问研究），清华大学生命学院2020级博士生曲城甫为论文共同第一作者。 （生命学院）