茉莉酸協同脫落酸信號延遲種子萌發的分子機制被雲南大學揭示

2020-10-07 BioArt植物

Plant Cell | 雲南大學餘迪求團隊闡明植物激素茉莉酸協同脫落酸調控種子萌發的分子機制


責編 | 奕梵

種子萌發是開花植物生活史中的一個關鍵階段，受到植物體內多種信號物質和外界環境因子的精細調控。例如，各種不利環境因子可誘導植物合成脫落酸激素（Abscisic acid, ABA）從而抑制種子萌發和萌發後生長發育。然而，植物種子只有在適宜的環境條件下萌發，才有可能發育成正常的植株。前人研究表明，茉莉酸（Jasmonate, JA）是植物體內一類十分重要的生長調節物質，參與調控植物的生長發育及對環境因子的響應，如在一些作物及擬南芥中抑制種子萌發過程，然而相應的分子調控機理及信號傳導通路仍不清楚。


2020年10月6日，雲南大學餘迪求研究員團隊與美國密西根大學Gregg A. Howe教授合作在The Plant Cell 發表了題為Molecular Mechanism Underlying the Synergetic Effect of Jasmonate on Abscisic Acid Signaling during Seed Germination in Arabidopsis的研究論文，揭示了茉莉酸協同脫落酸信號延遲種子萌發的分子機制。



該研究發現，外源施加茉莉酸能增強脫落酸信號延遲種子萌發；相反，阻斷內源茉莉酸信號通路則使種子快速萌發，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轉錄因子相互作用，從而形成蛋白複合物。此外，JAZ蛋白能抑制ABI3和ABI5的轉錄活性。遺傳表型分析發現，JA激活ABA信號需要ABI3和ABI5的功能。過表達ABI3和ABI5基因可以恢復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。在適宜環境下，JAZ蛋白能與ABI3/ABI5相互作用，並抑制了ABI3和ABI5的轉錄活性，進而抑制了ABA信號，使種子萌發。當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的轉錄，從而延遲種子萌發過程。


綜上所述，茉莉酸信號途徑的JAZ抑制蛋白可與ABI3和ABI5轉錄因子相互作用形成轉錄複合物，從而精密調控ABA信號轉導及種子萌發過程。


中國科學院西雙版納熱帶植物園已畢業潘金晶博士為該論文第一作者，雲南大學省部共建生物資源保護與利用國家重點實驗室餘迪求研究員為通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金等項目的資助。


論文連結：

https://doi.org/10.1105/tpc.19.00838

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