科学网PNAS：TMO5/LHW在维管植物演化过程中的新功

Evolution of vascular plants through redeployment of ancient developmental regulators

First author: Kuan-Ju Lu; Affiliations: Wageningen University (瓦赫宁根大学): Wageningen, The Netherlands

Corresponding author: Bert De Rybel

Vascular plants provide most of the biomass, food, and feed on earth, yet the molecular innovations that led to the evolution of their conductive tissues are unknown. Here, we reveal the evolutionary trajectory for the heterodimeric TMO5/LHW transcription factor complex, which is rate-limiting for vascular cell proliferation in Arabidopsis thaliana. Both regulators have origins predating vascular tissue emergence, and even terrestrialization. We further show that TMO5 evolved its modern function, including dimerization with LHW, at the origin of land plants. A second innovation in LHW, coinciding with vascular plant emergence, conditioned obligate heterodimerization and generated the critical function in vascular development in Arabidopsis. In summary, our results suggest that the division potential of vascular cells may have been an important factor contributing to the evolution of vascular plants.

维管植物提供地球上大部分的生物量、食物以及饲料，然而对于该传导组织演化背后的分子创新还不清楚。本文中，作者揭示了异二聚体TMO5/LHW转录因子复合物的演化轨迹，而该复合物是拟南芥中维管细胞增殖的限速因子。这两个调控因子都起源于维管组织出现之前，甚至要早于现代植物的陆地化。作者进一步显示TMO5在陆地植物起源时演化出了其现代的功能，包括能够与LHW二聚化。另外一个创新发生在LHW中，与维管植物出现相吻合，LHW的二聚化变得转性，并且在拟南芥维管发育过程中发挥重要功能。总的来说，本文的研究结果揭示了维管细胞的分裂潜力可能是促成维管植物演化的重要因素。

TMO5/LHW演化模型示意图。最先，轮藻植物Klebsormidium nitens中的TMO5和LHW蛋白可以形成同源二聚体，但不能够形成异源二聚体。在陆地植物起源时，苔藓植物Marchantia polymorpha的TMO5通过其基本结构域（橙色圆圈）中的突变获得了其现代PRD功能的潜力。同时，TMO5和LHW能够形成异二聚体，但彼此仍独立控制发育。维管植物祖先LHW蛋白的一个关键创新（以Arabidopsis thalia代表）使得TMO5d蛋白具有专性二聚化，并实现了该二聚体的现代PRD功能。（PRD，periclinal and radial cell divisions，即细胞平周分裂与径向分裂）

通讯：Bert De Rybel ()

个人简介：2009年，根特大学，博士；2010-2014年，瓦赫宁根大学，博士后。

研究方向：植物维管组织发育。

doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1912470117

Journal: PNAS

First Published: December 24, 2019