植物密植條件下分枝減少的調(diào)控機(jī)制
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)亞熱帶農(nóng)業(yè)資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省省嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王海洋教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊國(guó)際知名期刊《Nature Communications》(自然-通訊,IF5Y= 13.811) 在線發(fā)表了題為“Arabidopsis FHY3 and FAR1 integrate light and strigolactone signaling to regulate branching”的研究論文(論文鏈接地址https://www.nature.com/articles/s41467-020-15893-7),揭示了植物密植條件下分枝減少的調(diào)控機(jī)制。分枝(分蘗)數(shù)目是影響植株株型、產(chǎn)量和生物量的關(guān)鍵因素。但在密植栽培條件下,植物間的相互遮蔭會(huì)誘發(fā)植物產(chǎn)生避蔭反應(yīng),引起植株分枝(分蘗)數(shù)目急劇減少。例如,在密植條件下,水稻和小麥的分蘗數(shù)會(huì)受到抑制,從而影響單株產(chǎn)量。因此,生產(chǎn)上需要培育耐密植的作物品種以增加其群體產(chǎn)量。該研究團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)植物可通過(guò)光敏色素信號(hào)途徑感應(yīng)密植條件下光信號(hào)的變化,調(diào)控下游miR156-SPL分子模塊,進(jìn)而控制植物的避蔭反應(yīng) (Xie et al., 2017, Nature Communications,8,348,IF5Y = 11.831)。 此外,最近研究發(fā)現(xiàn)獨(dú)腳金內(nèi)酯是一種抑制植物分枝(分蘗)的主要植物激素。在模式植物擬南芥中, SMXL6/7/8三個(gè)同源基因編碼獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)傳導(dǎo)途徑的關(guān)鍵抑制因子,當(dāng)獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)途徑被激活時(shí),SMXL6/7/8三個(gè)蛋白會(huì)被蛋白酶體降解,從而達(dá)到抑制分枝的效果。但是目前光敏色素介導(dǎo)的光信號(hào)途徑和獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)途徑如何在密植栽培條件下協(xié)同調(diào)控植物分枝(分蘗)的分子機(jī)制尚不清楚。在本研究中,研究人員發(fā)現(xiàn)miR156-SPL分子模塊的兩個(gè)重要成員,SPL9和SPL15蛋白,可以直接激活下游分枝關(guān)鍵負(fù)調(diào)控因子BRC1的轉(zhuǎn)錄,從而抑制植株分枝的產(chǎn)生;光敏色素A (phyA) 信號(hào)通路中的兩個(gè)重要信號(hào)傳導(dǎo)因子FHY3/FAR1和獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)途徑重要因子SMXL6/7/8都可以與SPL9/15兩個(gè)蛋白互作,并抑制SPL9/15對(duì)BRC1的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,從而促進(jìn)植株分枝的產(chǎn)生。此外,研究還發(fā)現(xiàn)FHY3和FAR1能直接促進(jìn)SMXL6和SMXL7的轉(zhuǎn)錄。在遮蔭或密植栽培條件下,F(xiàn)HY3和FAR1蛋白水平下降,引起SMXL6和SMXL7的轉(zhuǎn)錄本和蛋白水平下降,使SPL9/15蛋白被釋放出來(lái),導(dǎo)致其下游基因BRC1的轉(zhuǎn)錄水平升高,從而抑制了植株分枝的產(chǎn)生。該研究首次從蛋白互作層面闡明了FHY3和FAR1通過(guò)整合植物外部光信號(hào)途徑和植物內(nèi)部獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)途徑協(xié)同調(diào)控植物密植栽培條件下分枝發(fā)生的分子機(jī)制。 圖注說(shuō)明:擬南芥FHY3和FAR1蛋白整合植物外部光信號(hào)途徑和植物內(nèi)部獨(dú)腳金內(nèi)酯信號(hào)途徑協(xié)同調(diào)控植物密植栽培條件下分枝發(fā)生2020年初,他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),F(xiàn)HY3/FAR1也可以與植物年齡信號(hào)途徑的三個(gè)關(guān)鍵因子SPL3/4/5互作,并抑制它們對(duì)下游開(kāi)花基因FUL/LFY/AP1/MIR172C的激活作用,從而抑制開(kāi)花 (Xie et al., 2020, Molecular Plant,13: 483–498,IF5Y = 8.489)。這些研究成果極大地完善了植物避蔭反應(yīng)的調(diào)控機(jī)理,同時(shí)可為耐密植作物新品種的培育提供理論指導(dǎo)。
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
2021-04-11