Nature Plants | 绕过赤霉素途径,独脚金内酯调控种子萌发的分子机制

BioArt植物  |   2020-06-01 09:44

来源:BioArt植物

独脚金Striga hermonthica是一种寄生植物,严重威胁非洲地区主要粮食作物产量。寄主植物根系分泌的独脚金内(strigolactone, SLs能促进寄生植物种子萌发,但其分子机制并不完全清楚【1,2】近日,加拿大多伦多大学Shelley Lumba研究组在Nature Plants发表了一篇题为SMAX1-dependent seed germination bypasses GA signalling in Arabidopsis and Striga的研究论文,揭示了独脚金内酯调控独脚金等寄生植物种子萌发的分子机制。
wt_a42302020602002707_ba1942.jpg
由于现阶段无法对独脚金Striga hermonthica进行遗传转化,作者选用拟南芥为遗传材料对独脚金的基因进行功能分析。GA是诱导拟南芥种子萌发的关键激素,作者首先检测SL受体ShHTLs(HYPOSENSITIVE TO LIGHT)是否通过GA信号通路调控种子萌发。遗传分析表明,即使在GA缺失的条件下,GR24rac(SL类似物)激活的ShHTLs也能促进拟南芥种子萌发。GA主要通过诱导RGL2(REPRESSOR OF GA1 LIKE 2)蛋白降解促进种子萌发【3】。为了研究激活的ShHTLs是否也通过调控RGL2蛋白稳定性诱导种子萌发,作者构建了RGL2-GFP ShHTL7转基因材料。GR24rac处理诱导RGL2-GFP ShHTL7种子萌发,GFP荧光不但没有减弱,反而增强了,说明ShHTLs并不诱导RGL2蛋白降解,可能绕过RGL2或者失活RGL2促进种子萌发。ga1-4 ShHTL7种子转录组分析表明,GA和GR24rac处理差异基因表达相关性只有0.69,说明ShHTLs可能并不通过RGL2调控种子萌发。
拟南芥中,KARs和GR24rac激活的AtHTL/KAI2通过与F-box蛋白MAX2(MORE AXILLARY GROWTH 2)互作,促进SMAX1(SUPPRESSOR OF MAX2 1)蛋白降解【4,5】。通过遗传实验,作者证实SL受体ShHTL7也通过MAX2-SMAX1信号通路调控种子萌发。但KARs不能诱导拟南芥GA缺失突变体种子萌发,作者猜测可能由于外源KARs不能完全激活AtHTL/KAI2信号通路,或者AtHTL/KAI2蛋白量不足以诱导SMAX1蛋白降解。RT-PCR检测发现种子萌发初期AtHTL/KAI2表达量很低。作者进一步构建了AtHTL/KAI2过表达转基因材料,检测PAC (GA3合成抑制剂) 存在条件下,KAR2诱导种子萌发情况。结果表明,与WT相比,KAR2显著诱导AtHTL/KAI2过表达转基因材料种子萌发。
这些结果表明,拟南芥中AtHTL/KAI2表达量低,不足以完全激活MAX2-SMAX1信号通路诱导种子萌发。与拟南芥不同,寄主植物根系分泌的SLs可以直接激活独脚金ShHTLs,通过MAX2-SMAX1信号通路诱导种子萌发。此外GA不能诱导独脚金和其它一些寄生植物种子萌发,其分子机制有待进一步研究。
wt_a42302020602002707_bd8700.jpgWorking model of the GA and SL pathways in Striga and Arabidopsis germination. 

参考文献:

[1] Cook, C. E. et al. Germination of witchweed (Striga lutea Lour.): isolation and properties of a potent stimulant. Science 154, 1189–1190 (1966).

[2] Toh, S. et al. Structure–function analysis identifes highly sensitive strigolactone receptors in Striga. Science 350, 203–207 (2015).

[3] Lee, S. et al. Gibberellin regulates Arabidopsis seed germination via RGL2, a GAI/RGA-like gene whose expression is up-regulated following imbibition. Genes Dev. 16, 646–658 (2002).

[4] Waters, M. T. et al. Specialization within the DWARF14 protein family confers distinct responses to karrikins and strigolactones in Arabidopsis. Development 139, 1285–1295 (2012).

[5] Nelson, D. C. et al. F-box protein MAX2 has dual roles in karrikin and strigolactone signaling in Arabidopsis thaliana. Proc. Natl Acad. Sci. USA 108, 8897–8902 (2011).

来源:bioartplants BioArt植物

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3ODY3MDM0NA==&mid=2247495698&idx=1&sn=29cc2246c62e9fe3375310e8ab40ff4b&chksm=fd736a75ca04e3638350c66b5ced8cc2bcd2bde1581b4d73c7c526f47961a4d27e227b3a5d5a#rd

版权声明:除非特别注明,本站所载内容来源于互联网、微信公众号等公开渠道,不代表本站观点,仅供参考、交流、公益传播之目的。转载的稿件版权归原作者或机构所有,如有侵权,请联系删除。

电话:(010)86409582

邮箱:kejie@scimall.org.cn

相关推荐 换一换