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植物科学最前沿:中国水稻研究所张健研究组揭示ABA与JA协同调控水稻种子萌发的新机制 
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发布时间:2020-06-30

近日,New Phytologist在线发表了中国水稻研究所张健研究组题为"Abscisic acid promotes jasmonic acid biosynthesis via a ‘SAPK10-bZIP72-AOC’ pathway to synergistically inhibit seed germination in rice (Oryza sativa)"的研究论文。该研究首次揭示了植物激素脱落酸(ABA)经由SAPK10-bZIP72-AOC通路介导茉莉酸(JA)合成,并协同抑制水稻种子萌发的分子机制。

水稻种子的萌发与稻米品质和穗发芽抗性直接相关。我国南方高温多雨容易造成穗提早发芽的现象, 最终导致产量和品质的下降。深入解析种子萌发的遗传特性和分子机制,对于提高水稻的穗发芽抗性具有重要的意义。种子的萌发受到外界生长环境和内源激素的精细调节,其中激素对种子萌发的调控机制一直是种子生物学研究的热点问题。前人的研究主要集中在以ABA-GA(赤霉素)拮抗为中心的调控通路。近年来大量的研究表明JA也是重要的种子萌发调控激素,但JA是否与主要调控激素ABA存在互作,以及具体的分子调控机制至今未知。

该研究发现,ABA信号传导核心成员SnRK2类激酶SAPK10磷酸化修饰自身的Ser177位点,过表达SAPK10种子萌发延迟,对ABA超敏,而过表达SAPK10模拟去磷酸化形式(SAPK10Ser177Ala)的种子萌发对ABA敏感性下降。进一步研究发现,SAPK10可与bZIP转录因子家族成员bZIP72结合,并磷酸化修饰bZIP72的Ser71位点并增强后者的蛋白稳定性。过表达bZIP72表现出和过表达SAPK10相似的表型,而过表达bZIP72模拟去磷酸化形式(bZIP72Ser71Ala)同样抑制了bZIP72对ABA的敏感性。bzip72/trab1双敲除突变体种子萌发提早,对ABA敏感性下降。有意思的是,磷酸化修饰增强了bZIP72结合JA合成途径关键基因AOC启动子的能力,并促进后者的转录,从而提高体内的JA水平并抑制种子萌发。另一方面,外施JA合成抑制剂可缓解ABA对种子萌的抑制,暗示着ABA对种子萌发的抑制效应部分依赖于JA的合成。因此,该研究揭示了ABA通过促进JA的合成进而协同抑制水稻种子萌发的新途径,为改良作物穗发芽抗性提供了重要理论依据。

该研究得到国家自然科学基金、中国农科院科技创新工程和国家高产转基因专项的资助。中国水稻研究所王以锋博士和侯雨萱副研究员为文章的共同第一作者,张健研究员为通讯作者。Moritoshi Iino教授和杨东雷教授为研究提供了重要的遗传材料,赵红玉博士协助完成了亚细胞定位实验,向勇研究员、侯兴亮研究员、王磊研究员、汤文强教授、胡红红教授以及Abolore Adijat Ajadi博士为文章的发表提供了宝贵的建议。

文章链接:

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16774

Prof. Jian Zhang:

http://www.escience.cn/people/cnrriseeddev/index.html

来源:植物科学最前沿

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