綜述 | 植物中脫落酸(ABA)動態調節、信號及功能

2021-01-20 植物科學最前沿







近日，JIPB在在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心/上海植物逆境生物學研究中心趙楊課題組題為「Abscisic acid dynamics, signaling and functions in plants」的綜述論文 ，該綜述總結了近年來關於植物激素ABA的主要研究成果，重點討論了 ABA在代謝水平的動態調節、信號轉導以及對植物生理過程影響等方面的進展。
ABA與植物對環境脅迫的響應相關。最早Hemberg研究發現了一種水和醚溶性的生長抑制物質對維持馬鈴薯和白蠟屬植物的芽休眠至關重要。隨後在1963年，PhilipWareing等從槭屬植物的休眠芽中分離得到該物質，並命名為Dormin。同一時期，FrederickAddicott等發現一種控制棉花果實脫落的物質，並命名為Abscisin II。Addicott實驗室發現，Abscisin II也能促進棉花幼苗葉片脫落，並抑制吲哚乙酸誘導的胚芽鞘生長。後來，Dormin和Abscisin II被發現是同一種化合物，並被命名為脫落酸。ABA是一種含15個碳原子的類倍半萜烯，它的含量的動態調節主要包括四個方面，ABA的合成、降解、（去）共價連接和轉運。在植物中，ABA的合成起始於含40個碳原子的β胡蘿蔔素，經過含有40和15個碳原子的中間體最終形成ABA。在細胞水平上，ABA的降解起始於細胞色素P450單氧酶（CYP707As）介導的反應。此外ABA還會通過UDP-葡萄糖基轉移酶（UGT）的作用形成糖基化的ABA-葡萄糖酯（ABA-GE）儲存起來；與之相反，ABA-葡萄糖酯也可以通過β-葡萄糖苷酶的作用快速釋放ABA。在組織水平上，ABA還可以通過多種轉運蛋白實現ABA含量的動態調控。ABA在植物整個生命周期中多種生理過程的調控上扮演著重要的作用。這些過程包括種子成熟、葉發生、幹細胞維持、氣孔運動、光合作用、碳轉運、芽休眠、開花、果實成熟、源庫轉運、衰老等。ABA與受體PYR/PYL/RCARs結合，抑制PP2Cs活性，從而釋放SnRK2s蛋白激酶。SnRK2磷酸化激活轉錄因子ABFs和其他底物，從而在轉錄水平和翻譯後水平調控著這些重要的生理過程。趙楊課題組的博士生陳控為論文第一作者。趙楊研究員為通訊作者。該研究得到了中國科學院戰略先導科技專項（B類），國家自然科學基金以及上海市浦江計劃的支持。

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    陸地植物被認為是單系起源，源自於單個成功殖民陸地的水生藻類植物祖先。能夠在某個特定乾燥點下脫水生存是陸地化成功的一個關鍵適應性性狀。在現存的陸地植物中，脫水耐受性依賴於植物激素脫落酸ABA介導的一個受體信號轉導通路，包含著一個PYL-PP2C-SnRK2模塊。
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    ，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。
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  • 脫落酸誘導植物抗病研究獲得進展
    脫落酸（Abscisic acid，ABA，S-ABA）是植物五大內源激素之一，在植物生長發育中具有重要作用。研究報導表明，ABA重要的功能之一是參與調節植物非生物逆境脅迫適應生理過程，被稱為植物「脅迫激素」。然而，有關ABA在抗病方面所起的作用仍存在爭議。中國科學院成都生物研究所研究員譚紅團隊田間試驗發現，使用低濃度外源S-ABA (以下簡稱ABA，2~4 mg/L)處理作物後，可提高多種作物的廣譜抗病特性。
  • 中國農大楊淑華/施怡婷團隊揭示脫落酸和細胞分裂素信號途徑拮抗...
    該研究發現脫落酸與細胞分裂素信號途徑相互拮抗的分子機制，揭示了植物激素平衡植物生長發育和抗逆性的機理。圖：SnRKs-ARRs互作拮抗調控植物抗乾旱能力在自然界中固著生長的植物會遭受各種逆境脅迫的傷害植物激素以協同或拮抗的方式在植物生長發育和抵禦逆境脅迫中發揮著十分重要的作用。近年來，該研究組陸續發現植物激素調控植物抗逆性的分子機制 (Plant Cell, 2012; New Phytol, 2013; PNAS, 2017; Plant J, 2017; Mol Plant, 2017)。
  • JBC:科學家發現脫落酸信號轉導新機制
    清華大學醫學院顏寧研究組發表了題為「Molecular mechanism for the inhibition of a critical component in the Arabidopsis thaliana abscisic acid signal transduction pathways， SnRK2.6， by  the protein phosphatase ABI1」的文章，報導了擬南芥ABA信號通路中的一種關鍵調控因子
  • ABA在植物體內生物合成的前體物質是甲瓦龍酸(MVA)
    -順-4-反式S—ABA普遍存在於植物體中。此外，在植物體內中還發現與天然S－ABA有關的化合物，如2-反式ABA、菜豆酸、2-反式菜豆酸和脫落酸基-β-D一吡喃葡萄糖苷等，但這些化合物的活性都較低，如菜豆酸的活性只有ABA的1/10。
  • 綜述:非26S蛋白酶體泛素化介導的內膜運輸途徑調控ABA信號
  • 植物激素茉莉酸也具有以前未知的功能
    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。
  • 脫落酸受體研究獲新進展
    Eric Xu）教授，加州大學植物遺傳生態學系朱健康教授等多國科學家聯手在11月6日的《自然》（Nature）在線版上發表ABA受體研究新成果文章「A gate–latch–lock mechanism for hormone signalling by abscisic acid receptors」。
  • Plant Cell精選文章概述 | ABA 平衡植物生長與代謝
    研究背景：脫落酸 （ABA）是與可利用水含量緊密相關的一種植物激素。在植物組織層面上，ABA 賦予種子對乾燥環境的耐受性。在細胞層面上，ABA 通過控制氣孔（葉片表面的小孔）的活動調節蒸騰作用以及二氧化碳與氧氣的交換。從分子層面上講，很多乾旱響應基因是由ABA 信號調控的。ABA 的這些屬性與其在植物體中的含量一致。ABA在缺水條件下的種子和營養組織中大量積累。此外，ABA在非脅迫條件下也有一定作用，例如菸草葉片中的ABA 水平會隨晝夜變化而波動。