上海師範大學黃繼榮課題組發現赤黴素通過調節黃酮醇合成影響擬南芥主根的生長

2021-02-12 BioArt植物

赤黴素作為一種廣泛存在的植物激素調控了諸多植物生長發育過程。在上世紀60年代，半矮杆水稻和小麥品種的推廣引發了全球性的綠色革命，解決了人口和糧食供求矛盾而引起的可能饑荒問題，而這場革命的幕後英雄正是赤黴素。研究發現赤黴素合成或者是信號通路的輸出的阻斷能夠降低植物株高從而產生 「矮杆，高產」的優良農藝性狀。除了調控莖稈的伸長，近幾年的研究表明，赤黴素及其信號通路還調控植物分櫱、側根發育、光合作用、主根生長、抗逆性等一系列重要農藝性狀。然而，赤黴素調節主根生長的機理目前仍不清楚。

近日，上海師範大學生命科學學院黃繼榮課題組在國際知名學術期刊 Molecular Plant 在線發表了題為 A Crucial Role of GA-Regulated Flavonol Biosynthesis in Root Growth of Arabidopsis 的研究論文，揭示了赤黴素通過介導次生代謝產物黃酮醇的合成途徑參與調控擬南芥主根生長的分子機理。

赤黴素合成突變體 ga1-3 表現為主根伸長變短，該研究發現 ga1-3 突變體中的黃酮醇含量升高，說明赤黴素負向調控黃酮醇合成途徑。進一步的遺傳分析表明，這種調控依賴於赤黴素信號途徑中的 DELLA 蛋白。一系列生化實驗發現，DELLA 蛋白能夠和黃酮醇合成途徑中的轉錄因子 MYB12/MYB111 互作，並且促進 MYB12 和下遊靶標基因啟動子的結合從而激活黃酮醇合成途徑的基因表達。myb12 蛋白缺失能夠部分回復 ga1-3 的根短表型。進一步的研究表明黃酮醇的合成降低了根尖生長素的濃度。

有趣的是，某些環境脅迫如缺磷能促進黃酮醇的合成，而 myb12/myb111 雙突變體表現為對缺磷條件的不敏感，暗示 MYB12/MYB111 參與的黃酮醇合成途徑參與了植物對於逆境環境的響應，這為將來的農業應用奠定了理論基礎。

A proposed model to show a role of GA-regulated flavonol biosynthesis in root growth. 

該論文第一作者譚慧娟是中國科學院上海植物生理生態研究所的博士研究生，通訊作者是上海師範大學生科院的黃繼榮教授。本工作受到國家自然科學基金與國家科技部973計劃的資助。

論文原文連結：

https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(19)30001-2

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