中国科学院昆明植物研究所
昆明植物所在植物接触性形态建成的分子机理方面取得新进展
文章来源:资源植物与生物技术重点实验室     发布时间:2023-10-25

  植物如何对非常微弱的机械性刺激——触碰做出响应是非常有趣的科学问题。含羞草、捕蝇草等植物在被触碰后会迅速做出运动响应,而大多数植物对触碰的响应需要经过一段时间才能观察到。研究发现,用毛刷触碰拟南芥的每个叶片10次以上,将这种处理每天进行2次并持续2周后,就能观察到植物生长明显受到抑制:表现为叶片绿色加深、莲座直径变小以及开花延迟。植物由于触摸刺激而产生的形态上的变化被称为接触性形态建成(thigmomorphogenesis)。接触性形态建成具有重要的生态学意义,长期的接触性刺激使植物高度变矮,但也拥有更加粗壮的茎秆,对病虫害的抗性也随之增强。利用接触性刺激增加农作物的抗性和产量其实早被广大劳动人民广泛采用。稻田养鸭不仅除去了杂草和害虫,鸭子的踩踏和活动刺激水稻分蘖旺盛,有效穗数大大增加。在日本,人们还有踏麦(mugifumi)的习俗,目的是使麦苗长得更粗壮、产量更高。

  然而,人们对于接触性形态建成的分子机理认识还非常有限。已有的研究表明,触碰后植物中赤霉素水平降低是植物生长被抑制的直接原因。此外,植物激素茉莉酸途径也正向调控接触性形态建成。那么,是否还有其它的激素路径参与调控接触性建成?茉莉酸途径与赤霉素途径是否有联系?中国科学院昆明植物研究所植物与其它生物互作专题组发现,拟南芥被触碰后很多乙烯途径基因的转录水平快速变化,植物释放更多的乙烯,积累更多的信号传递关键蛋白ETHYLENE INSENSITIVE3 (EIN3),说明乙烯途径很可能参与调控接触性形态建成。进一步的乙烯途径突变体遗传分析及生化实验表明:乙烯途径负调控接触性形态建成,EIN3蛋白通过结合在赤霉素降解基因GIBBERELLIN 2-OXIDASE8 (GA2ox8启动子的ATGCAT基序,抑制该基因的表达,阻止触碰刺激后活性赤霉素GA4含量的进一步降低。此外,该团队还发现了茉莉酸与赤霉素途径之间的联系:茉莉酸途径的核心转录因子MYC2与的另一个赤霉素降解基因GA2ox7的启动子的G-box元件结合,使该基因在植物受到触碰后高表达,从而引起GA4水平下降,植物产生生长受抑制表型。该研究所揭示的茉莉酸和乙烯一正一负调控赤霉素代谢基因、精细控制触碰后植物生长发育的分子机理,加深了人们对于接触性形态建成的理解,在农业生产中也具有潜在的应用价值。 

  近日,相关研究成果以Ethylene and jasmonate signaling converge on gibberellin catabolism during thigmomorphogenesis in Arabidopsis为题在线发表于Plant Physiology上,王蕾副研究员为论文第一作者吴建强研究员为该论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(31770301, 31470382)的支持。 

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