廣東
近日，華中農業大學果蔬園藝作物種質創新與利用全國重點實驗室陳春麗教授課題組聯合化學學院劉思思副教授在植物側根發育調控領域取得重要進展，相關成果發表于Nature Plants。該研究圍繞側根原基干細胞形成這一關鍵性狀，從染色質調控與DNA結構角度出發，揭示了DNA局部結構參與基因表達調控的新機制。華中農業大學生命科學技術學院博士研究生張娜為該論文的第一作者。華中農業大學生命科學技術學院陳春麗教授與華中農業大學化學學院劉思思副教授為共同通訊作者。
側根是植物根系的重要組成部分，對水分和養分吸收具有重要意義。其中，側根原基的起始是決定側根是否形成以及側根數目的關鍵步驟。然而，該過程的分子調控機制仍有待深入解析。側根原基起始伴隨著中柱鞘體細胞命運轉變及染色質狀態的動態重塑。基于此，研究團隊從染色質調控角度切入，關注DNA拓撲調控因子TOP1α（DNA拓撲異構酶I）在該過程中的作用。
細胞學研究發現，TOP1α功能缺失后，側根原基起始形成增多。多組學聯合分析表明TOP1α抑制下游靶標基因CYP82C4的表達。生物信息學分析表明，在CYP82C4編碼區域模板鏈存在G-四鏈體（G-quadruplex, G4）可形成序列。生物物理學手段鑒定，該序列可折疊成反平行G4結構，TOP1α可結合并穩定該G4 結構；通過基因編輯構建CYP82C4基因G4缺失的同義突變的轉基因材料，通過遺傳學手段證明了在CYP82C4基因G4結構正常存在時會形成CYP82C4截斷轉錄本，側根原基起始受阻。G4結構缺失轉基因材料中CYP82C4基因全長轉錄本豐度更高，側根原基起始增多。證實了TOP1α通過穩定G-四鏈體結構抑制CYP82C4基因表達進而抑制側根原基起始。
基于上述結果，研究構建了從DNA結構到發育調控的作用模型：染色質動態變化促進局部G4結構形成，TOP1α參與調節其穩定性，進而影響相關基因表達并調控側根原基起始。該研究表明，除DNA序列信息外，DNA結構狀態本身亦可作為重要調控因子參與植物發育過程。
TOP1α靶向G4結構調控側根原基起始模式圖
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41477-026-02296-7
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