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云南大學(xué)余迪求團隊闡明植物激素茉莉酸協(xié)同脫落酸調(diào)控種子萌發(fā)的分子機制
種子萌發(fā)是開花植物生活史中的一個關(guān)鍵階段，受到植物體內(nèi)多種信號物質(zhì)和外界環(huán)境因子的精細調(diào)控。例如，各種不利環(huán)境因子可誘導(dǎo)植物合成脫落酸激素（Abscisic acid, ABA）從而抑制種子萌發(fā)和萌發(fā)后生長發(fā)育。然而，植物種子只有在適宜的環(huán)境條件下萌發(fā)，才有可能發(fā)育成正常的植株。前人研究表明，茉莉酸（Jasmonate, JA）是植物體內(nèi)一類十分重要的生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，參與調(diào)控植物的生長發(fā)育及對環(huán)境因子的響應(yīng)，如在一些作物及擬南芥中抑制種子萌發(fā)過程，然而相應(yīng)的分子調(diào)控機理及信號傳導(dǎo)通路仍不清楚。
2020年10月6日，云南大學(xué)余迪求研究員團隊與美國密西根大學(xué)Gregg A. Howe教授合作在The Plant Cell 發(fā)表了題為Molecular Mechanism Underlying the Synergetic Effect of Jasmonate on Abscisic Acid Signaling during Seed Germination in Arabidopsis的研究論文，揭示了茉莉酸協(xié)同脫落酸信號延遲種子萌發(fā)的分子機制。
該研究發(fā)現(xiàn)，外源施加茉莉酸能增強脫落酸信號延遲種子萌發(fā)；相反，阻斷內(nèi)源茉莉酸信號通路則使種子快速萌發(fā)，如jaz突變體對ABA敏感。進一步機理研究表明，茉莉酸信號途徑重要抑制子JAZ蛋白能與ABI3轉(zhuǎn)錄因子相互作用，從而形成蛋白復(fù)合物。此外，JAZ蛋白能抑制ABI3和ABI5的轉(zhuǎn)錄活性。遺傳表型分析發(fā)現(xiàn)，JA激活A(yù)BA信號需要ABI3和ABI5的功能。過表達ABI3和ABI5基因可以恢復(fù)茉莉酸信號缺失突變體（如coi1-2）對ABA不敏感表型。
茉莉酸激活脫落酸信號工作模型圖。在適宜環(huán)境下，JAZ蛋白能與ABI3/ABI5相互作用，并抑制了ABI3和ABI5的轉(zhuǎn)錄活性，進而抑制了ABA信號，使種子萌發(fā)。當(dāng)種子受到逆境脅迫時，JA合成增加，JAZ蛋白降解，釋放出ABI3和ABI5；與此同時ABA的合成也增加，激活了ABI3/ABI5的轉(zhuǎn)錄，從而延遲種子萌發(fā)過程。
綜上所述，茉莉酸信號途徑的JAZ抑制蛋白可與ABI3和ABI5轉(zhuǎn)錄因子相互作用形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，從而精密調(diào)控ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及種子萌發(fā)過程。
中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園已畢業(yè)潘金晶博士為該論文di一作者，云南大學(xué)省部共建生物資源保護與利用國家重點實驗室余迪求研究員為通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等項目的資助。