摘要：近日，Nature Plants在线发表题为“Comparative mutant analyses reveal a novel mechanism of ARF regulation in land plants”和“ARF degradation def

近日，Nature Plants在线发表题为“Comparative mutant analyses reveal a novel mechanism of ARF regulation in land plants”和“ARF degradation defines a deeply conserved step in auxin response”的研究论文，两篇论文都聚焦于植物生长素响应因子（ARF）的调控机制，特别是ARF蛋白的稳定性和降解过程。

‌研究背景与目的‌：

植物激素生长素（auxin）在植物发育过程中起关键作用，调控多种转录响应。然而，生长素如何精确调控这些不同过程尚不完全清楚。本研究旨在揭示生长素响应因子（ARFs）在陆生植物中的调控机制。

‌材料与方法‌：

通过比较玉米（Zea mays）和苔藓（Physcomitrium patens）中的新型显性突变体，利用全基因组测序、RNA-seq、酵母双杂交、蛋白质印迹等多种技术手段，研究ARF蛋白水平的调控机制。

在玉米中鉴定了一个名为Truffula（Trf）的显性突变体，并通过全基因组测序定位到ZmARF28基因的一个点突变。

在苔藓中通过正向遗传学筛选获得了多个NAA抗性（nar）突变体，并发现这些突变体在ARF基因中有相同的突变位点。

‌实验结果‌：

Trf突变导致ZmARF28蛋白稳定性增加，进而影响了生长素响应和玉米的发育过程。

苔藓中的nar突变体也表现出类似的生长素响应缺陷，且这些突变影响了PpARFb蛋白的稳定性。

进一步研究发现，这些突变位于ARF蛋白的DNA结合域（DBD）中的一个特定环区域，该区域对于ARF蛋白通过26S蛋白酶体途径降解至关重要。

本研究揭示了一个在陆生植物中保守的、通过蛋白酶体降解调控class-B ARF蛋白水平的机制。这一机制对于决定细胞命运、器官发育和植物形态结构至关重要。

Trf和nar突变体通过破坏ARF蛋白的降解途径，导致ARF蛋白积累，进而影响了生长素信号转导和植物发育。

‌发现新的调控机制‌：

首次在陆生植物中鉴定了一个通过蛋白酶体降解调控class-B ARF蛋白水平的机制，这一发现填补了生长素信号转导领域的一个重要空白。

‌跨物种比较‌：

通过比较玉米和苔藓这两个在进化上相距约5亿年的物种中的突变体，揭示了这一调控机制的古老性和保守性。这种跨物种比较的方法为理解植物发育的进化机制提供了新的视角。

‌功能域定位‌：

精确定位了ARF蛋白中负责降解调控的关键环区域，为后续研究提供了重要的分子靶标。这一发现有助于开发新的遗传改良策略，以优化植物的生长和发育过程。

第二篇论文解读：

‌ARF降解是生长素响应中的关键步骤‌：论文指出，生长素响应因子（ARF）的降解是植物中生长素响应的一个深度保守步骤。特别是，在苔藓植物地钱（Marchantia polymorpha）中，A类和B类ARF蛋白的不稳定性对于正常的生长和发育至关重要。

‌MpARF2降解的最小基序‌：研究确定了MpARF2（B类ARF）降解所需的最小基序，位于其DNA结合域（DBD）。这一基序对MpARF2的正常功能至关重要，且在其他B类ARF中也是保守的。

‌ARF降解的进化起源‌：通过比较分析，论文推断ARF的不稳定性可能起源于A类和B类ARF的祖先，这一特征的出现与生长素响应系统的起源同时或更早。

‌MpARF2降解的生物学意义‌：阻止MpARF2的降解会导致植物出现多种发育缺陷，包括生长迟缓、顶端分生组织异常以及生长素响应减弱，这表明MpARF2的降解对于维持正常的生长和发育是必要的。

‌ARF蛋白的不稳定性研究‌：论文首先在地钱中研究了A类（MpARF1）和B类（MpARF2）ARF蛋白的不稳定性，发现它们都需要26S蛋白酶体进行降解。

‌MpARF2降解的最小基序鉴定‌：通过构建一系列荧光标记的融合蛋白，论文确定了MpARF2 DBD中的一段短基序，该基序对于MpARF2的不稳定性是必要且充分的。

‌比较分析和进化推断‌：通过对现存藻类和陆生植物中所有ARF类的比较分析和基序互换实验，论文探讨了ARF不稳定性的进化起源。

‌MpARF2降解的生物学功能‌：通过引入突变阻止MpARF2的降解，论文评估了这种降解对于植物生长、发育和生长素响应的影响。

‌鉴定了ARF降解的最小基序‌：论文首次在地钱中鉴定了MpARF2降解所需的最小基序，这一发现为了解ARF降解的机制提供了新的视角。

‌揭示了ARF降解的进化保守性‌：通过比较分析和基序互换实验，论文揭示了ARF降解在进化上的保守性，并推断出这一特征可能起源于A类和B类ARF的祖先。

‌功能验证了ARF降解的生物学意义‌：论文通过阻止MpARF2的降解，功能验证了这种降解对于维持正常生长和发育以及生长素响应的重要性，为理解ARF在植物生长和发育中的作用提供了新的证据。

来源：小猫说科学