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Journal of Exerimental Botany|中科院植物所刘永秀团队发现介导种子休眠与萌发新途径


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中科院植物研究所刘永秀团队在国际学术期刊Journal of Experimental Botany(IF:5.908)发表了一篇名为“Arabidopsis thaliana Seed dormancy 4-Like regulates seed dormancy and germination by mediating the gibberellin pathway”的论文,研究发现了一个与DOG1具有较高相关性的蛋白,编码该蛋白的基因命名为AtSdr4L,通过实验推测AtSdr4L是GA途径和DOG1途径调控种子休眠萌发的重要结点。

种子休眠是植物的一个复杂性状,是一种自我保护的机制。它会延迟发芽的时间,直到一个有利季节的到来。 种子休眠时间短会导致植物过早发芽并降低种子质量。 相反,高休眠度可能会对植物的生长发育不利。众所周知,植物激素脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)之间的动态平衡在种子休眠的诱导,维持和解除中起着至关重要的作用。 ABA积极调节休眠,而GA则增强休眠释放和萌发。

在这项研究中,研究团队通过STRING数据库,发现了一个与DOG1具有较高相关性的未知功能的蛋白,该蛋白的编码基因被命名为AtSdr4L而DOG1是种子休眠的关键调控因子。研究发现在正常生长条件下,atsdr4l突变植物的发育和形态与野生型相似。而在种子储存期间,新鲜收获的atsdr4l突变种子仅发芽了1%,而野生型种子发芽了10%,野生型种子的发芽率比atsdr4l更快。干燥保存一个月后,野生型种子的发芽率达到80%,而atsdr4l突变体种子的发芽率仍为10%,这些结果表明AtSdr4L中的突变导致种子休眠增加。

Figure 1. The atsdr4l mutants show increased seed dormancy

Figure 1. The atsdr4l mutants show increased seed dormancy

 

DOG1基因是拟南芥种子休眠的关键调控因子,而新收获种子中的DOG1表达与休眠水平相关。为了分析atsdr4l突变体的种子休眠表型增加与DOG1的变化是否相关,进行了qRT-PCR分析以分析atsdr4l和野生型种子中DOG1的表达,显示了AtSdr4L是DOG1的遗传上位基因。

Figure 2. The atsdr4l-1 mutant is epistatic to dog1 for seed dormancy

Figure 2. The atsdr4l-1 mutant is epistatic to dog1 for seed dormancy.

 

休眠的atsdr4l突变体种子对GA的不敏感性表明该突变体对GA的反应存在缺陷。GA的合成受到GA响应的负反馈调控。因此推测atsdr4-l突变可能增加GA的合成基因表达和/或降低GA分解代谢基因的表达。与野生型对照相比,atsdr4l-1中的GA4和GA7水平较低。但是,atsdr4l-1突变体种子中GA1和GA3的含量没有改变。这表明在吸收新鲜收获的种子期间,atsdr4l突变导致GA生物合成减少。

Figure 3. The atsdr4l mutant has decreased GA biosynthesis

Figure 3. The atsdr4l mutant has decreased GA biosynthesis

 

 

参考文献

1Ariizumi T, Hauvermale AL, Nelson SK, Hanada A, Yamaguchi S, Steber CM. 2013. Lifting DELLA repression of Arabidopsis seed germination by

nonproteolytic gibberellin signaling. Plant Physiology 162, 2125-2139.

2Ariizumi T, Lawrence PK, Steber CM. 2011. The role of two F-box proteins,SLEEPY1 and SNEEZY, in Arabidopsis gibberellin signaling. Plant Physiology

155, 765-775.

3Ariizumi T, Steber CM. 2007. Seed germination of GA-insensitive sleepy1mutants does not require RGL2 protein disappearance in Arabidopsis.The Plant

Cell 19, 791-804

文章链接https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erz471/5602669 

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