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茉莉素:激活植物防御反应

http://www.chla.com.cn 2016-12-27 来源:中国科学报 作者: 发表评论(0)

  在长期的演化过程中,植物获得了复杂而精巧的机制调控可塑性生长能力,以增强其对多变复杂环境的适应性。激素对于植物的新陈代谢、生长发育和繁衍生息等各种生命活动起重要调节作用。阐明植物激素的感知及其调控植物生长发育和防御反应的机制,是植物生物学的前沿领域。

  “植物激素作用的分子机理”重大研究计划(以下简称“重大计划”)对这一领域进行了重点部署。通过该重大计划的实施,我国科学家取得了多项重大成果。在重大计划的资助下,清华大学生命科学学院教授谢道昕课题组在植物科学领域率先阐明了茉莉素和独脚金内酯这两类重要植物激素的受体感知机制,系统地阐述了茉莉素调控植物生长发育和防御反应的信号传导机制;在生命科学领域首次揭示了新型的“配体—受体”不可逆识别规律。

  茉莉素对于植物的生命活动起重要的调控作用,不仅调控植物对病虫和非生物逆境的防御反应,还调控植物育性和衰老等多种生长发育过程。植物如何感知茉莉素是半个多世纪以来一直悬而未决的重大科学问题。谢道昕课题组发现了一种被命名为“COI1”的蛋白是茉莉素的受体,这对茉莉素信号转导的研究具有深远影响。

  对于茉莉素信号传导过程,谢道昕课题组阐明了一系列关键转录因子所组合产出的各种蛋白复合体在茉莉素途经中的重要作用,从而揭示了茉莉素调控植物抗病抗虫反应、雄性不育、叶片衰老、花色素苷积累和表皮毛形成的分子机制。中国科学院遗传与发育生物学研究所发现,茉莉素途径的核心转录因子MYC2通过与转录中介体亚基MED25的互作实现与RNA聚合酶的“沟通交流”,从而特异性地调控茉莉素响应基因的表达。他们还揭示了转录因子利用“降解促进激活”调控防御反应这一在生物界保守的新机制。

  作为一种适应性生长机制,茉莉素在激活防御反应的同时也调控诸多生长发育过程,然而,植物抗性和生长发育之间常存在负相关。谢道昕课题组发现了茉莉素介导植物防御反应的重要调控因子JAV1,遗传操作JAV1可以显著提高植物抗虫抗病性、但不影响植物生长发育,揭示了一种新的植物体平衡生长发育与防御反应过程的分子机制。李传友课题组对蕃茄基因Spr8进行遗传操作也可以打破植物抗性和生长发育之间的负相关,揭示了植物—病原菌互作的新机理。这些研究成果在植物保护方面具有重要应用前景,为开辟病虫害治理提供了新的策略。

  茉莉素与其他植物激素之间还具有既协同又拮抗的相互作用。李传友课题组发现茉莉素通过差异性地调控生长素合成和极性运输促进侧根发生,同时抑制主根生长,这一过程还改变了根尖干细胞的结构和功能。茉莉素与赤霉素互作调节植物表皮毛形成和植物育性。研究人员还发现,茉莉素途径转录因子MYC2与乙烯途径转录因子EIN3的互作介导了茉莉素与乙烯拮抗反应的分子机制。这些研究阐述了茉莉素与其它激素互作调控植物抗性反应和生长发育的分子机制。

  上述系列成果受到国际同行的高度关注。2014年,《植物细胞报告》杂志(PlantCellReport)发表长篇综述专文总结谢道昕和李传友团队的系统性工作,指出“这些杰出的研究既加深了人们对茉莉素调控植物发育和适应性机理的认识,又具有重要的应用前景”。

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编辑:guoai
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