南湖網(wǎng)訊(通訊員胡銀夢)植物生長發(fā)育無時不受外界環(huán)境和激素的調(diào)控。油菜素甾醇作為激素中的一類重要新成員,在調(diào)控多種植物的高矮、株型、開花時間、種子大小,甚至抗逆抗病性等方面都發(fā)揮著重要作用。
近日,生科院王學路課題組在油菜素甾醇領(lǐng)域取得系列重要研究進展,先后發(fā)現(xiàn)了油菜素甾醇通過RLA1調(diào)控水稻葉片直立性的機理、油菜素甾醇和光協(xié)同調(diào)控植物生長發(fā)育過程的細胞和分子機制兩大方面的秘密。4月11日,Cell子刊Developmental Cell以《SINAT E3 ligases control the light-mediated stability ofthe brassinosteroid-activated transcription factor BES1 in Arabidopsis》為題在線發(fā)表了后一項研究成果。稍早前,The Plant Cell刊物在線發(fā)表了他們的前一項研究成果。
光是控制植物生長極為重要的環(huán)境因子,調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的每一個方面。早在1996年,人們就認為光可能與油菜素甾醇一同調(diào)控植物的生長發(fā)育的很多過程,但其中的分子機制卻一直不清楚。
早在2011年,王學路課題組的楊夢冉等同學就開始了這各方面的研究,首先通過用酵母雙雜交篩選油菜素甾醇信號通路中核心的轉(zhuǎn)錄因子BES1互作蛋白的方式,找到了一類新的與BES1直接相互作用的E3泛素連接酶SINATs。后來經(jīng)過近六年的細致工作,整合了生物化學、分子生物學、遺傳學和細胞生物學的方法,證明了SINATs通過介導BES1的泛素化降解來調(diào)控BR信號以及植物的生長發(fā)育。尤其是他們發(fā)現(xiàn),SINATs的蛋白量受到光照條件的調(diào)節(jié),SINATs-BES1模塊連接了內(nèi)源激素信號以及外界光照條件來共同調(diào)控植物的生長發(fā)育。這些發(fā)現(xiàn)對深入了解植物生長調(diào)控的復雜機制具有重要意義。
以王學路課題組發(fā)現(xiàn)的SINAT為基礎(chǔ),還參與了美國愛荷華州立大學尹延海教授課題組的另一項研究,BES1被SINATs泛素化以后可通過細胞自噬途徑所降解,從而協(xié)調(diào)植物的生長發(fā)育與逆境響應,證明了SINATs-BES1是連接外界環(huán)境信號和自身激素信號而調(diào)控植物生長發(fā)育和逆境響應的重要模塊。本研究在同一期Developmental Cell背靠背發(fā)表,這一系列的研究成果對于豐富油菜素甾醇(BRs)信號通路,揭示植物激素信號通路與環(huán)境密不可分共同調(diào)控植物生長發(fā)育的機制有重要意義,也為農(nóng)業(yè)上的運用開辟了重要新思路。兩篇Developmental Cell文章相互印證,互為補充,為今年來該領(lǐng)域有重要影響的突出進展。
葉片直立性是禾本科作物獨特的株型性狀,與群體產(chǎn)量密切相關(guān)。在禾本科作物水稻中,油菜素甾醇(BRs)是調(diào)控葉片直立性的主要植物激素。然而,這種激素的信號轉(zhuǎn)導通路主要是基于雙子葉植物擬南芥的研究建立起來的,但是在單子葉植物,尤其是禾本科作物中,他的信號通路還沒有完成,重要組分還有待待發(fā)現(xiàn)和研究。近年來的研究表明禾本科作物中BR信號轉(zhuǎn)導通路與雙子葉植物存在顯著不同,特別是GSK2對下游組分的調(diào)控方式,在禾本科作物中可能更為特意。
王學路課題組通過突變體篩選和圖位克隆發(fā)現(xiàn)了水稻BR信號轉(zhuǎn)導通路中的新成員RLA1,并通過遺傳分析和生物學化學的方法證明RLA1在GSK2下游被GSK2所磷酸化而調(diào)控其蛋白穩(wěn)定性。同時也證明RLA1可以和轉(zhuǎn)錄因子OsBZR1及DLT互作,形成BZR1-RLA1-DLT的轉(zhuǎn)錄復合體,共同調(diào)控水稻葉片直立性的表型。該研究不僅發(fā)現(xiàn)了水稻中獨特的BR信號轉(zhuǎn)導途徑,也為人工改造水稻株型,提高禾本科作物產(chǎn)量提供了重要理論意義。
王學路教授是兩篇文章的通訊作者,我校孫世勇研究員和復旦大學博士生喬勝龍為The Plant Cell論文的共同第一作者;我校與復旦大學聯(lián)合培養(yǎng)的博士生楊夢冉同學為Developmental Cell論文的第一作者。王學路和楊夢冉還是同期Developmental Cell上一篇背靠背論文的共同作者。
相關(guān)鏈接:
http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(17)30167-3
http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(17)30166-1
http://www.plantcell.org/content/29/2/292.full.pdf+html?sid=3a6545e8-3009-448f-ae50-737f536b3d87
審核人:王學路
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