版纳植物园揭示植物种子萌发的时间调控机理

种子萌发是开花植物生活史中的一个关键阶段，受到植物体内多种信号物质和外界环境因子的精密调控。植物种子只有在适宜的时间和地点萌发，才有可能发育成正常的植株。各种不利环境因子可诱导植物合成脱落酸（Abscisic acid，ABA）激素，从而抑制种子萌发过程。前人研究表明，ABA激素响应和种子萌发过程涉及一个极其复杂的信号网络，然而相关的生理反应到底是在什么时间发生的呢？具体的分子机理仍需深入研究。 

2021年6月，The Plant Cell杂志在线发表了来自版纳植物园热带植物资源可持续利用重点实验室科研人员题为The Arabidopsis circadian clock protein PRR5 interacts with and stimulates ABI5 to modulate abscisic acid signaling during seed germination的研究论文。该研究揭示当遇到不利环境因子或ABA浓度升高时，ABA诱导种子萌发期间PRR5、PRR7和ABI5等基因的表达，并呈现出时间节律性；PRR5和PRR7与ABI5相结合并促进其转录功能，精密调控ABA信号的强度，从而在不同时间点维持适宜的种子萌发速率。

该研究发现，ABA激素某些下游响应基因（如EM6和EM1）的表达在不同时间点呈现出明显的差异性，并在黄昏时达到峰值，暗示种子萌发速率可能在黄昏时较低。相一致的是，ABA信号途径中的关键转录因子ABI5能与生物钟信号的核心蛋白PRR5和PRR7相结合形成蛋白复合物。在种子萌发期间，ABI5、PRR5、PRR7和PRR9等基因的表达也具有时间节律性，并能够响应ABA激素。当PRR基因被突变以后，prr5 prr7和 prr5 prr7 prr9突变体的种子对ABA敏感性显著下降，表现为萌发率高；相反的是，当PRR5基因被高表达以后，植物对ABA的敏感性增加，种子萌发率低。遗传分析发现，PRR5正调控ABA信号转导过程主要依赖于ABI5。PRR5能被ABI5招募到某些下游基因的启动子区域，并能促进ABI5的转录功能，从而激活ABA信号转导过程。  

综上所述，当遇到不利环境因子或ABA浓度升高时，ABA诱导种子萌发期间PRR5、PRR7和ABI5等基因的表达，并呈现出时间节律性；PRR5和PRR7与ABI5相结合并促进其转录功能，精密调控ABA信号的强度，从而在不同时间点维持适宜的种子萌发速率。