科學(xué)家揭示兩種植物激素協(xié)同調(diào)控機制 相關(guān)研究7月5日在線發(fā)表于《自然—植物》

日前，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所儲成才研究團隊揭示，植物逆境激素脫落酸(ABA)與促生長類激素油菜素甾醇(BR)之間除了“相殺”，還可協(xié)同調(diào)控植物生長的現(xiàn)象及分子機制。相關(guān)研究7月5日在線發(fā)表于《自然—植物》。

ABA和BR是兩類重要的植物激素，前者與植物對環(huán)境脅迫的響應(yīng)緊密相關(guān)，被視為典型的逆境激素;后者在促進植物生長發(fā)育中具有重要功能，為促生長類激素。研究人員很早就關(guān)注到二者的“相殺”：一種物質(zhì)(或過程)被另一種物質(zhì)(或過程)所阻抑的拮抗現(xiàn)象。

“值得注意的是，也有零星的基因表達或生理數(shù)據(jù)暗示ABA和BR信號之間存在協(xié)同作用的可能性。”儲成才在接受《中國科學(xué)報》采訪時說。然而，人們一直未能確切觀察到這一協(xié)同作用的可見表型。ABA和BR間是否存在協(xié)同以及如何進行協(xié)同調(diào)控，成為激素研究領(lǐng)域的一個待解之謎。

此次，研究人員發(fā)現(xiàn)，低濃度(10μM)ABA在幼苗葉片發(fā)育特定時間窗口促進了水稻幼苗葉片傾角的增加，并非如報道的高濃度ABA那樣起抑制作用;且這一促進作用依賴于健全的BR合成以及信號傳導(dǎo)途徑。隨后轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，近60%的低濃度ABA響應(yīng)基因能被油菜素類酯(BL)同向誘導(dǎo)，而僅有1%的低濃度ABA響應(yīng)基因被BL反向調(diào)控。“這表明植物體在轉(zhuǎn)錄水平上對低濃度ABA和BL的早期響應(yīng)以協(xié)同而非拮抗為主導(dǎo)。”論文共同通訊作者、副研究員唐九友說。

進一步機制分析揭示，ABA通過快速、輕度誘導(dǎo)BR合成調(diào)控基因OsGSR1的表達來有限度、非持續(xù)地激活BR合成與信號。且ABA調(diào)控OsGSR1表達僅依賴于ABA信號核心轉(zhuǎn)錄因子ABI3，而非ABI5。此外，通過鹽脅迫處理分析發(fā)現(xiàn)，早期有限度的BR信號激活或OsGSR1的正常表達在低濃度ABA介導(dǎo)的鹽脅迫耐受性中，同樣發(fā)揮關(guān)鍵作用。有意思的是，在高濃度ABA處理下，ABA和BR的協(xié)同效應(yīng)并不能被有效檢測到，暗示植物體可能采用不同的適應(yīng)性策略應(yīng)對不同程度的環(huán)境脅迫。

該研究明確了ABA與BR之間協(xié)同交互作用的存在，并揭示了這一協(xié)同作用部分依賴ABI3-OsGSR1模塊的分子機制，為全面闡明逆境激素與生長激素間的復(fù)雜交互作用提供了新的切入點。這提示人們，在作物逆境耐受性改良中，有必要考慮植株對不同程度脅迫的差異化適應(yīng)機制，以確保獲得適度逆境耐受性的同時不至于對作物生長發(fā)育造成不利影響。(記者馮麗妃)