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云南大學(xué)余迪求團(tuán)隊(duì)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(jī)制
種子萌發(fā)是開(kāi)花植物生活史中的一個(gè)關(guān)鍵階段，受到植物體內(nèi)多種信號(hào)物質(zhì)和外界環(huán)境因子的精細(xì)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(zhǎng)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(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，參與調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育及對(duì)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(guò)程，然而相應(yīng)的分子調(diào)控機(jī)理及信號(hào)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(tuán)隊(duì)與美國(guó)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(hào)延遲種子萌發(fā)的分子機(jī)制。
該研究發(fā)現(xiàn)，外源施加茉莉酸能增強(qiáng)脫落酸信號(hào)延遲種子萌發(fā)；相反，阻斷內(nèi)源茉莉酸信號(hào)通路則使種子快速萌發(fā)，如jaz突變體對(duì)ABA敏感。進(jìn)一步機(jī)理研究表明，茉莉酸信號(hào)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(hào)需要ABI3和ABI5的功能。過(guò)表達(dá)ABI3和ABI5基因可以恢復(fù)茉莉酸信號(hào)缺失突變體（如coi1-2）對(duì)ABA不敏感表型。
茉莉酸激活脫落酸信號(hào)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(jìn)而抑制了ABA信號(hào)，使種子萌發(fā)。當(dāng)種子受到逆境脅迫時(shí)，JA合成增加，JAZ蛋白降解，釋放出ABI3和ABI5；與此同時(shí)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(guò)程。
綜上所述，茉莉酸信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及種子萌發(fā)過(guò)程。
中國(guó)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(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室余迪求研究員為通訊作者。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。