Nat Commun | 茉莉酸代谢调控植物热形态形成新机制研究-自主发布-资讯-生物在线

Nat Commun | 茉莉酸代谢调控植物热形态形成新机制研究

作者：上海中科新生命生物科技有限公司 2021-12-23T20:01 (访问量:3221)

气候变化所引起平均气温的上升有可能导致作物产量的大幅下降，危害粮食安全的同时也威胁着植物的多样性。植物通过热形态形成提高冷却能力，以适应暖温（warm temperatures）。研究表明植物激素（例如生长素和油菜素类固醇）是热形态形成的关键调节剂，然而还有一种在各种应激反应中至关重要的植物激素-茉莉酸（JA），其是否以及如何影响温度介导的热形态形成机制仍不清楚。

2021年8月，来自比利时根特大学植物生物技术与生物信息学系Ive De Smet 团队在Nature Communications（IF=14.912）上发表了题为《Warm temperature triggers JOX and ST2A-mediated jasmonate catabolism to promote plant growth》的研究成果，该研究发现暖温诱导茉莉酸（JA）代谢基因 JOXs 和 ST2A的表达，LC-MS靶向植物激素检测表明植株内12HSO4-JA水平升高，茉莉酸（JA）活性形式JA-lle水平降低，最终导致JAZ蛋白的积累，促进植物在温暖的温度条件下生长。

【研究材料】

小麦幼苗，拟南芥幼苗

【技术方法】

靶向植物激素检测

实验路线图

步骤1：暖温条件下JA信号在小麦生长中的作用

步骤2：暖温条件下JA信号参与调控热形态形成机制

步骤3：JA分解代谢途径参与调控暖温下的热形态形成机制

研究结果

1. 暖温条件下JA信号在小麦生长中的作用

研究人员发现过表达拟南芥或者小麦的JA生物合成关键酶基因OPR3，可轻微提高OPC4和JA水平，同时MeJA（JA甲酯）处理可逆转暖温下植株第二片叶的伸长，证明JA可抑制暖温介导的小麦幼苗生长。为进一步探索茉莉酸信号在暖温介导生长中的保守作用，研究人员接着关注拟南芥的下胚轴生长，这是热形态发生的标志。研究发现MeJA处理在不同温度条件下均会抑制下胚轴生长，但在较高的温度下更加明显，且具有剂量依赖性。

图1 茉莉酸在热形态发生中起作用（a-b, 小麦；c-d, 拟南芥）

2. 暖温条件下JA信号参与调控热形态形成机制

研究人员进一步检查了28℃时，MeJA介导的下胚轴长度抑制是否需要核心JA信号成分，如COI1、JAZ和MYCs蛋白。研究发现coi1-21突变体、myc2 myc3 myc4突变体28°C时明显长于野生型，且对于MeJA处理不敏感；过表达JAZ基因的株系下胚轴在28℃时同样明显长于野生型，但MeJA的处理可触发JAZ的降解从而抑制下胚轴的伸长。最终表明JA信号传导对暖温下生长的抑制作用。

图2 JA信号成分参与MeJA介导的下胚轴生长抑制

3. JA分解代谢途径参与调控暖温下的热形态形成机制

由于JAZ蛋白的降解依赖于具有生物活性的JA—JA-Ile，研究人员推测暖温会对JA的生物活性造成影响。比较分析发现高温可导致拟南芥和小麦中JA-Ile水平的明显降低，但大部分参与JA生物合成相关酶的表达水平没有降低甚至出现上调。

图3 JA分解代谢途径受温暖温度的影响

接着研究人员重点关注控制生物活性JA-Ile水平的不同分解代谢过程，发现小麦中的12HSO4-JA水平强烈增加，参与调节12HSO4-JA的分解代谢过程的酶JOX和ST2A的表达在高温下显著上调，因此作者构建了JOX过表达株系、突变株系以及ST2A的突变株系，并观察其在不同温度时下胚轴长度，最终证明暖温条件下器官的生长需要严格控制JA-Ile水平，并且主要是由JOX和ST2A介导的分解代谢调控。

小编小结
该研究首次揭示了JA代谢调控的热形态形成机制：暖温下JA分解代谢的基因JOX和ST2A表达增加，严格控制着JA活性形式JA-lle水平，以调节JAZ蛋白水平并最终适应暖温介导的生长。此外对JA在暖温下调节热形态形成的保守作用有助于确保气候变化下的粮食安全。

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