独脚金内酯信号转导机制研究取得进展
来源：遗传发育所 2020-06-21 09:06
独脚金内酯是一种新型植物激素，在植物株型建成中发挥关键作用，调控植物的生长发育以及对干旱、低磷、低氮等逆境的适应能力，对农作物改良增产具有重要价值。但该激素也会刺激寄生杂草种子萌发，造成农作物严重减产。因此，对独脚金内酯信号途径的研究具有重要科学意义和应用价值。6月11日，中国科学院院士、中科院遗传与发育生物学研究所研究员李家洋团队在《自然》上发表题为Tra
独脚金内酯是一种新型植物激素，在植物株型建成中发挥关键作用，调控植物的生长发育以及对干旱、低磷、低氮等逆境的适应能力，对农作物改良增产具有重要价值。但该激素也会刺激寄生杂草种子萌发，造成农作物严重减产。因此，对独脚金内酯信号途径的研究具有重要科学意义和应用价值。
6月11日，中国科学院院士、中科院遗传与发育生物学研究所研究员李家洋团队在《自然》上发表题为Transcriptional regulation of strigolactone signalling in Arabidopsis的研究论文，系统鉴定拟南芥独脚金内酯早期响应基因，阐明独脚金内酯调控分枝数目、叶片形状以及花青素积累的分子机制，突破独脚金内酯信号途径研究的瓶颈；进一步发现SMXL6，7，8能够作为转录因子调控自身转录，同时作为转录抑制蛋白调控分枝等发育过程，揭示一种全新的植物激素信号转导机制。
李家洋团队长期从事独脚金内酯的合成及信号转导研究，发现独脚金内酯能够诱导其受体D14与F-box蛋白D3/MAX2以及抑制蛋白D53/SMXL2，6，7，8形成复合体，启动信号转导，诱导D53/SMXL2，6，7，8发生泛素化修饰介导的蛋白降解，解除对下游基因的转录抑制，调控植物株型以及作物产量（Lin et al.， 2009， Plant Cell； Jiang et al.， 2013， Nature； Wang et al.， 2015， Plant Cell； Song et al.， 2017， Cell Research； Duan et al.， 2019， PNAS； Wang et al.， 2020， Plant Cell）。近期，与合作者研究发现，独脚金内酯途径在水稻“绿色革命”中被广泛应用，对水稻的稳产和广适性非常重要（Wang et al.， 2020， Mol Plant）。
然而目前仅有少量独脚金内酯早期响应基因得到鉴定，远不足以解释独脚金内酯在植物生长发育多个方面的重要调控作用；独脚金内酯的人工合成类似物rac-GR24能激活独脚金内酯和karrikin两条信号途径，导致已鉴定的响应基因不一定位于独脚金内酯信号途径中。
为突破独脚金内酯信号转导研究的瓶颈，该研究合成了GR24的四种对映异构体，发现GR244DO能够以依赖于独脚金内酯受体D14的方式特异激活拟南芥独脚金内酯信号转导，并系统鉴定了401个独脚金内酯早期响应基因。研究发现，独脚金内酯通过激活BRC1的表达上调HB40的表达，进而提高侧芽中ABA的含量抑制分枝发育；通过上调TCP1的表达，促进叶片伸长；通过激活PAP1、PAP2、MYB113和MYB114的表达，上调花青素合成基因DFR、ANS和TT7的表达促进花青的合成与积累。
该研究提出了一种全新的植物激素信号转导机制，为探索激素作用机理提供了新思路。研究揭示的独脚金内酯信号通路中的转录调控网络，对全面解析独脚金内酯调控植物生长发育以及环境适应的分子机制、揭示植物与丛枝真菌共生的机制进而培育高产抗逆、营养高效、抗寄生的作物具有指导意义。（生物谷 Bioon.com）
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