西北工業大學科研人員發現在鹽脅迫下種子萌發的秘密

西北工業大學舒凱課題組揭示鹽脅迫下種子萌發的調控新機制

責編 | 逸雲

種子萌發意味著植物從休眠狀態重回活躍的生理狀態，種子適時而整齊地萌發是作物高產穩產的前提。作為全球性的重要非生物脅迫，鹽脅迫負調控植物從種子萌發到開花結實的幾乎所有生理過程。當前，我們對鹽脅迫調控種子萌發的研究主要集中於植物激素（ABA與GA）介導的途徑。先前大量研究表明，鹽脅迫能夠誘導植物活性氧的大量合成、影響膜系統的穩定性；但長期以來，我們對鹽脅迫如何促進ROS的產生與積累這一問題仍然不甚清楚。因此，探究鹽脅迫介導ROS代謝、進而影響細胞膜系統完整度、最終延緩種子萌發的分子機制，不僅是對植物激素調控途徑的重要補充，還對農業生產、植物物種的地理分布等方面具有重要實踐意義。

近日，西北工業大學舒凱教授團隊在New Phytologist在線發表題為The ABI4-RbohD/VTC2 regulatory module promotes Reactive Oxygen Species (ROS) accumulation to decrease seed germination under salinity stress的研究論文，解析了轉錄因子ABI4在鹽脅迫誘導活性氧（ROS）爆發、削弱細胞膜系統完整度、最終抑制種子萌發過程中的分子功能。

該研究從「鹽脅迫-ROS-細胞膜系統完整度-種子活力-種子萌發」這一新的視角探究了鹽脅迫對種子萌發的調控機制。舒凱課題組前期探究了含AP2-domain的轉錄因子ABI4在介導ABA與GA的合成及信號轉導，進而精確調控種子休眠與萌發、萌發後幼苗生長及生殖生長轉換等過程中的分子功能（Shu et al., 2013, PLoS Genetics；2015, JGG；2016, JXB, Plant Journal, Molecular Plant）。在此基礎上，該研究進一步發現abi4與rbohd突變體種子均具有萌發期間耐鹽的表型，鹽脅迫顯著誘導ABI4與RbohD基因的表達，且對RbohD基因轉錄的誘導依賴於ABI4的存在。隨後的分子實驗證明，ABI4能夠直接與RbohD的啟動子結合，促進RbohD的表達。遺傳學分析表明，RbohD位於ABI4的下遊。生理實驗及萌發實驗證明，在鹽脅迫下，ABI4能夠促進ROS的積累，且依賴於RbohD的存在，外施活性氧清除劑抗壞血酸能夠大幅回復ABI4過表達種子萌發期間對鹽敏感的表型，而且ABI4另一靶基因VTC2（內源抗壞血酸合成酶基因）的缺失也能回復abi4鹽不敏感的表型。最終，結合細胞膜系統完整度與種子活力檢測，表明ABI4促進RbohD的表達，抑制VTC2的表達並抑制抗壞血酸的合成，既開源又節流，促進ROS的合成與積累、削弱種子細胞膜系統的完整度，降低種子活力，最終抑制種子萌發進程（圖）。

鹽脅迫依賴於轉錄因子ABI4誘導ROS積累、削弱細胞膜系統的完整性，進而降低種子活力、抑制種子萌發。

西北工業大學與四川農業大學聯培碩士生羅曉峰為論文第一作者，舒凱教授為論文通訊作者，研究得到了國家自然科學基金委、科技部國家重點研發計劃和西北工業大學的資助。中國農科院生物技術所黃榮峰研究員、華南師範大學張鍾徽教授、四川農業大學王強教授、馬德裡理工大學Miguel Angel Torres教授、德國馬普所Silke Robatzek教授、伯明罕大學Christine H. Foyer教授等實驗室惠贈了部分遺傳學材料、並提供了大力幫助與討論。

原文連結：

https://doi.org/10.1111/nph.16921