【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】獨(dú)腳金內(nèi)酯是一種新型植物激素，在植物株型建成中發(fā)揮關(guān)鍵作用，調(diào)控植物的生長發(fā)育以及對干旱、低磷、低氮等逆境的適應(yīng)能力，對農(nóng)作物改良增產(chǎn)具有重要價值。但該激素也會刺激寄生雜草種子萌發(fā)，造成農(nóng)作物嚴(yán)重減產(chǎn)。因此，對獨(dú)腳金內(nèi)酯信號途徑的研究具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
 

　　6月11日，中國科學(xué)院院士、中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李家洋團(tuán)隊在《自然》上發(fā)表題為Transcriptional regulation of strigolactone signalling in Arabidopsis的研究論文，系統(tǒng)鑒定擬南芥獨(dú)腳金內(nèi)酯早期響應(yīng)基因，闡明獨(dú)腳金內(nèi)酯調(diào)控分枝數(shù)目、葉片形狀以及花青素積累的分子機(jī)制，突破獨(dú)腳金內(nèi)酯信號途徑研究的瓶頸；進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)SMXL6,7,8能夠作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控自身轉(zhuǎn)錄，同時作為轉(zhuǎn)錄抑制蛋白調(diào)控分枝等發(fā)育過程，揭示一種全新的植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。
 

　　李家洋團(tuán)隊長期從事獨(dú)腳金內(nèi)酯的合成及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究，發(fā)現(xiàn)獨(dú)腳金內(nèi)酯能夠誘導(dǎo)其受體D14與F-box蛋白D3/MAX2以及抑制蛋白D53/SMXL2,6,7,8形成復(fù)合體，啟動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，誘導(dǎo)D53/SMXL2,6,7,8發(fā)生泛素化修飾介導(dǎo)的蛋白降解，解除對下游基因的轉(zhuǎn)錄抑制，調(diào)控植物株型以及作物產(chǎn)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，與合作者研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)腳金內(nèi)酯途徑在水稻“綠色革命”中被廣泛應(yīng)用，對水稻的穩(wěn)產(chǎn)和廣適性非常重要(Wang et al., 2020, Mol Plant)。
 

　　然而目前僅有少量獨(dú)腳金內(nèi)酯早期響應(yīng)基因得到鑒定，遠(yuǎn)不足以解釋獨(dú)腳金內(nèi)酯在植物生長發(fā)育多個方面的重要調(diào)控作用；獨(dú)腳金內(nèi)酯的人工合成類似物rac-GR24能激活獨(dú)腳金內(nèi)酯和karrikin兩條信號途徑，導(dǎo)致已鑒定的響應(yīng)基因不一定位于獨(dú)腳金內(nèi)酯信號途徑中。
 

　　為突破獨(dú)腳金內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究的瓶頸，該研究合成了GR24的四種對映異構(gòu)體，發(fā)現(xiàn)GR244DO能夠以依賴于獨(dú)腳金內(nèi)酯受體D14的方式特異激活擬南芥獨(dú)腳金內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，并系統(tǒng)鑒定了401個獨(dú)腳金內(nèi)酯早期響應(yīng)基因。研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)腳金內(nèi)酯通過激活BRC1的表達(dá)上調(diào)HB40的表達(dá)，進(jìn)而提高側(cè)芽中ABA的含量抑制分枝發(fā)育；通過上調(diào)TCP1的表達(dá)，促進(jìn)葉片伸長；通過激活PAP1、PAP2、MYB113和MYB114的表達(dá)，上調(diào)花青素合成基因DFR、ANS和TT7的表達(dá)促進(jìn)花青的合成與積累。
 

　　該研究提出了一種全新的植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，為探索激素作用機(jī)理提供了新思路。研究揭示的獨(dú)腳金內(nèi)酯信號通路中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對全面解析獨(dú)腳金內(nèi)酯調(diào)控植物生長發(fā)育以及環(huán)境適應(yīng)的分子機(jī)制、揭示植物與叢枝真菌共生的機(jī)制進(jìn)而培育高產(chǎn)抗逆、營養(yǎng)高效、抗寄生的作物具有指導(dǎo)意義。
 

　　遺傳發(fā)育所博士王磊、副研究員王冰為該論文的共同第一作者，李家洋、王冰為共同通訊作者。植物激素平臺博士褚金芳、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授熊國勝、中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所研究員楊軍參與該研究工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、中科院青促會的資助。