植物激素茉莉酸也具有以前未知的功能

2020-12-01 生物幫

茉莉酸不僅僅是化妝品和香水工業中使用的茉莉花植物的芳香氣味。被例如咀嚼食草動物傷害的植物產生茉莉酸作為防禦信號，作為植物激素來產生其防禦反應 - 這包括例如有毒物質的形成。他們甚至使用揮發性的茉莉酸衍生物來警告他們的鄰居及時對抗不斷上升的威脅。

今天，由德國巴伐利亞州Julius-Maximilians-UniversitätWürzburg(JMU)的植物生物學家Dirk Becker領導的國際研究小組報告了他們在科學雜誌「發育細胞」中關於茉莉酸效應的新發現。他們發現茉莉酸也參與了氣孔的快速閉合。

傷口通過茉莉酸誘導氣孔關閉

氣孔是由植物葉子表皮中的兩個保衛細胞形成的可調節孔。它們控制對光合作用至關重要的二氧化碳攝取，同時控制植物的水分平衡。植物激素脫落酸(ABA)代表了氣孔關閉的關鍵信號。植物在乾旱脅迫期間產生ABA以節約水。

在他們通過生物脅迫控制保衛細胞體積的實驗中，來自JMU植物生理學和生物物理學主席的團隊注意到，模式植物擬南芥葉片的機械傷害也很快引發氣孔關閉。令人驚訝的是，這種效果並不局限於受傷的葉子，而是也發生在相鄰的葉子中。

「此觀察結果之前沒有報導過，並向我們建議茉莉酮酸信號通路可能已經在保衛細胞中開啟，」Dirk Becker解釋道。但是如何監測保衛細胞中的茉莉酸信號呢?在這裡，Würzburg團隊得到了植物生物學家Antoine Larrieu(EcoleNormaleSupérieureLyon)的幫助，他們開發了一種基因編碼的螢光傳感器，用於監測活細胞中的茉莉酮酸信號。他可以證明創傷確實激活了保衛細胞中的茉莉酸信號級聯反應。

從茉莉酸到鉀通道

氣孔關閉需要保衛細胞離子通道介導的陰離子和鉀的流出。為了解茉莉酸控制氣孔關閉的基礎的分子機制，Becker團隊出去尋找對茉莉酮酸處理沒有反應的突變體。

當篩選其保衛細胞離子通道的突變體集合時，他們發現K +通道(GORK)是茉莉酮酸誘導的氣孔關閉的基本目標。與JörgKudla(UniversitätMünster)和Erwin Grill(TechnischeUniversitätMünchen)的實驗室合作，他們可以識別鈣依賴性蛋白激酶 - 植物特異性CBL / CIPK複合物 - 以相互作用並調節GORK鉀通道的活性。 。「傷口誘導保衛細胞中的鈣信號，在電生理學研究中，我們可以證明鈣結合CBL1 / CIPK5複合物激活離子通道，」Dirk Becker說。

分子串擾的兩種植物激素

該研究小組進一步確定了蛋白磷酸酶ABI2以抵消激酶介導的通道激活，從而代表了保衛細胞中茉莉酮酸信號傳導的負調節因子。Becker進一步解釋說，「有趣的是，ABI2是植物乾旱激素ABA的共同受體。這表明兩種植物激素茉莉酸和脫落酸之間存在分子串擾。」事實上，與Pedro Rodriguez實驗室(Universitat Politecnica Valencia)的同事一起，研究小組可以證明缺乏保衛細胞ABA受體的擬南芥突變體對茉莉酸也不敏感。

在他們的故事中，由JMU科學家Dirk Becker領導的國際植物生物學家團隊在理解允許植物對保衛細胞中的創傷應激作出反應的分子框架方面邁出了重要的一步。葉片膨脹和光合速率與氣孔導度相關。

因此，傷口誘導的氣孔關閉可能為植物提供緊急信號。「目前我們還不知道茉莉酸如何解決脫落酸信號傳導途徑，」貝克爾說。Würzburg團隊現在將研究茉莉酸是否會引發脫落酸生物合成，或者它是否在脫落酸感知和敏感性水平上起作用。

關於Coronatine的令人費解的觀察

植物致病性假單胞菌能夠產生茉莉酸的分子模擬物，稱為冠狀病毒。植物生理學家通常在他們的實驗中使用Coronatine作為茉莉酸的替代品。

「然而，從長遠來看，」Becker解釋說，「Coronatine恰好與保衛細胞中的茉莉酸相反：它打開氣孔，為致病菌提供進入途徑。」通過比較茉莉酸或冠狀病毒處理後保衛細胞中差異表達的基因，可以在未來的研究中解決這一令人費解的觀察結果。

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