侧根是双子叶植物根系结构的重要组成部分, 合适的侧根数目有利于提高根系结构的可塑性，以便植物更好的吸收水分和养分以及适应多变的土壤坏境。侧根起始是决定侧根发育的基础。在拟南芥侧根起始过程中, 周质微管重组对侧根建成细胞的不对称径向扩张是必要的。然而，其具体的调控机制并不清楚。微管结合蛋白是调控微管组织排列和动态变化的关键因子。目前为止，有哪些微管结合蛋白参与侧根起始过程仍然未知。

   2022年12月13 日, 我院植物生理学与生物化学国家重点实验室毛同林团队在The Plant Cell 杂志在线发表题为 “HY5 inhibits lateral root initiation in Arabidopsis through negative regulation of the microtubule-stabilizing protein TPXL5”的研究论文，发现在侧根起始过程中，微管稳定蛋白TPXL5介导侧根建成细胞的周质微管重组和不对称径向扩张，而且该过程被光信号通路中的重要转录因子HY5所调控。

   该研究发现，微管结合蛋白tpxl5 突变体的侧根密度减少并且滞留在阶段Ⅰ的侧根原基较多。细胞学定位和功能分析发现，TPXL5是一个微管结合蛋白并稳定微管。观察侧根起始时第一次不对称分裂后侧根建成细胞的径向扩张和微管组织排列发现，突变体tpxl5建成细胞的中心区域和边缘区域的径向扩张明显增加, 且边缘区域微管组织排列更加紊乱。进一步研究发现, 转录因子HY5直接结合TPXL5的启动子区并抑制TPXL5的表达。突变体hy5的侧根密度增加并且滞留在阶段Ⅰ的侧根原基较少; 建成细胞边缘区域的径向扩张减少并且微管组织呈现更加垂直于细胞长轴的排列。在tpxl5 hy5双突变体中, 与hy5突变体相比, 侧根密度减少并且滞留在阶段Ⅰ的侧根原基增加。

图：HY5-TPXL5参与调控侧根起始的工作模型。在侧根起始过程中, HY5负调控TPXL5的表达水平, 进而影响侧根建成细胞的

周质微管重组和不对称径向扩张，使侧根起始维持在适当的水平。

       综上所述，该研究为揭示周质微管重组对侧根起始的必要性提供了重要遗传学证据；阐明了在侧根起始过程中, HY5-TPXL5调控元件介导微管重组和细胞重塑的新机制，为提高植物根系结构可塑性提供了新思路。

  我院植物生理学与生物化学国家重点实验室博士研究生钱艳敏为第一作者, 博士后王晓红为共同第一作者, 毛同林教授和王向锋副教授为共同通讯作者。我院植物生理学与生物化学国家重点实验室仪器平台刘毅敏老师也参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金的资助。