氣候變化所引起平均氣溫的上升有可能導(dǎo)致作物產(chǎn)量的大幅下降，危害糧食安全的同時也威脅著植物的多樣性。植物通過熱形態(tài)形成提高冷卻能力，以適應(yīng)暖溫（warm temperatures）。研究表明植物激素（例如生長素和油菜素類固醇）是熱形態(tài)形成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，然而還有一種在各種應(yīng)激反應(yīng)中至關(guān)重要的植物激素-茉莉酸（JA），其是否以及如何影響溫度介導(dǎo)的熱形態(tài)形成機(jī)制仍不清楚。 2021年8月，來自比利時根特大學(xué)植物生物技術(shù)與生物信息學(xué)系Ive De Smet 團(tuán)隊(duì)在Nature Communications（IF=14.912）上發(fā)表了題為《Warm temperature triggers JOX and ST2A-mediated jasmonate catabolism to promote plant growth》 的研究成果，該研究發(fā)現(xiàn)暖溫誘導(dǎo)茉莉酸（JA）代謝基因 JOXs 和 ST2A的表達(dá)，LC-MS靶向植物激素檢測表明植株內(nèi)12HSO4-JA水平升高，茉莉酸（JA）活性形式JA-lle水平降低，最終導(dǎo)致JAZ蛋白的積累，促進(jìn)植物在溫暖的溫度條件下生長。 【研究材料】 小麥幼苗，擬南芥幼苗 【技術(shù)方法】 靶向植物激素檢測 步驟1：暖溫條件下JA信號在小麥生長中的作用 步驟2：暖溫條件下JA信號參與調(diào)控?zé)嵝螒B(tài)形成機(jī)制 步驟3：JA分解代謝途徑參與調(diào)控暖溫下的熱形態(tài)形成機(jī)制 1. 暖溫條件下JA信號在小麥生長中的作用 研究人員發(fā)現(xiàn)過表達(dá)擬南芥或者小麥的JA生物合成關(guān)鍵酶基因OPR3，可輕微提高OPC4和JA水平，同時MeJA（JA甲酯）處理可逆轉(zhuǎn)暖溫下植株第二片葉的伸長，證明JA可抑制暖溫介導(dǎo)的小麥幼苗生長。為進(jìn)一步探索茉莉酸信號在暖溫介導(dǎo)生長中的保守作用，研究人員接著關(guān)注擬南芥的下胚軸生長，這是熱形態(tài)發(fā)生的標(biāo)志。研究發(fā)現(xiàn)MeJA處理在不同溫度條件下均會抑制下胚軸生長，但在較高的溫度下更加明顯，且具有劑量依賴性。 圖1 茉莉酸在熱形態(tài)發(fā)生中起作用（a-b, 小麥；c-d, 擬南芥） 2. 暖溫條件下JA信號參與調(diào)控?zé)嵝螒B(tài)形成機(jī)制 研究人員進(jìn)一步檢查了28℃時，MeJA介導(dǎo)的下胚軸長度抑制是否需要核心JA信號成分，如COI1、JAZ和MYCs蛋白。研究發(fā)現(xiàn)coi1-21突變體、myc2 myc3 myc4突變體28°C時明顯長于野生型，且對于MeJA處理不敏感；過表達(dá)JAZ基因的株系下胚軸在28℃時同樣明顯長于野生型，但MeJA的處理可觸發(fā)JAZ的降解從而抑制下胚軸的伸長。最終表明JA信號傳導(dǎo)對暖溫下生長的抑制作用。 圖2 JA信號成分參與MeJA介導(dǎo)的下胚軸生長抑制 3. JA分解代謝途徑參與調(diào)控暖溫下的熱形態(tài)形成機(jī)制 由于JAZ蛋白的降解依賴于具有生物活性的JA—JA-Ile，研究人員推測暖溫會對JA的生物活性造成影響。比較分析發(fā)現(xiàn)高溫可導(dǎo)致擬南芥和小麥中JA-Ile水平的明顯降低，但大部分參與JA生物合成相關(guān)酶的表達(dá)水平?jīng)]有降低甚至出現(xiàn)上調(diào)。 圖3 JA分解代謝途徑受溫暖溫度的影響 接著研究人員重點(diǎn)關(guān)注控制生物活性JA-Ile水平的不同分解代謝過程，發(fā)現(xiàn)小麥中的12HSO4-JA水平強(qiáng)烈增加，參與調(diào)節(jié)12HSO4-JA的分解代謝過程的酶JOX和ST2A的表達(dá)在高溫下顯著上調(diào)，因此作者構(gòu)建了JOX過表達(dá)株系、突變株系以及ST2A的突變株系，并觀察其在不同溫度時下胚軸長度，最終證明暖溫條件下器官的生長需要嚴(yán)格控制JA-Ile水平，并且主要是由JOX和ST2A介導(dǎo)的分解代謝調(diào)控。 小編小結(jié)
實(shí)驗(yàn)路線圖
研究結(jié)果
該研究首次揭示了JA代謝調(diào)控的熱形態(tài)形成機(jī)制：暖溫下JA分解代謝的基因JOX和ST2A表達(dá)增加，嚴(yán)格控制著JA活性形式JA-lle水平，以調(diào)節(jié)JAZ蛋白水平并最終適應(yīng)暖溫介導(dǎo)的生長。此外對JA在暖溫下調(diào)節(jié)熱形態(tài)形成的保守作用有助于確保氣候變化下的糧食安全。
Nat Commun | 茉莉酸代謝調(diào)控植物熱形態(tài)形成新機(jī)制研究
作者：上海中科新生命生物科技有限公司 2021-12-23T20:01 (訪問量:5287)
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