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PBJ | 福建农林大学吴双课题组揭示复合体woolly/SlMYC1在番茄中介导茉莉酸信号调控萜烯类物质合成机制

几乎所有的植物都形成毛状体,通过形成物理屏障和释放化学排斥物来保护它们免受食草动物的侵害。腺毛产生各种特殊的防御代谢产物,包括挥发性萜烯。以前的研究表明,茉莉酸影响毛状体发育和诱导萜烯合成酶的研究,但其潜在的分子机制尚不清楚。

近日,福建农林大学吴双课题组在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal(IF:8.154)在线发表了题为《Mediation of JA signaling in glandular trichomes by the woolly/SlMYC1 regulatory module improves pest resistance in tomato》的研究论文,首次报道了一个功能缺失等位基因(woolly),它影响两种主要类型腺毛(类型VI和VII)的数量。除了影响毛状体的发育外,还通过JA信号通路与SlMYC1形成JAZ调控的复合物直接调控TPS基因的表达。

文章来源

 


woolly与JA信号相互作用调节毛状体发育和萜类生物合成

通过GC-MS对WT和wolly突变植物叶片中的挥发性萜烯进行定量分析,结果显示,与野生型相比,woW106R突变体和CR-wo植株中的单萜类和倍半萜水平显著降低。为了进一步了解wolly的调控机制,对woW106R突变体的幼叶进行了RNA-seq分析。通过对RNA序列数据的分析,在woW106R突变体中发现了2517个上调基因和2210个下调基因。确定了四个TPS基因(TPS1、TPS5、TPS12和TPS41),它们在毛状体中高度表达,并在woW106R突变体中下调。通过酵母单杂实验,结果显示wolly可以与三个TPS基因(TPS1、TPS5和TPS12)的启动子物理结合。


图1:Y1H表明wo与TPS基因的启动子片段结合

图1:Y1H表明wo与TPS基因的启动子片段结合

 


JAZs可以破坏SlMYC1-wo的相互作用

为了研究JAZ2是否抑制wo和SlMYC1之间的相互作用,研究人员进行了酵母三杂交实验,SlMYC1和JAZ2在SD/-A-H-T-L培养基上相互作用,但wo的诱导导致SlMYC1-JAZ2在SD/-A-H-T-L-M培养基上的相互作用显著减少。为了证实这一观察结果,进行了Pull-down和LCI实验。结果表明,wo通过SlMYC1作为TPS启动子中进行基因激活。没有JA,抑制因子JAZ2干扰SlMYC1和wo之间的相互作用。在JA的存在下,抑制因子JAZ2降解,wo-SlMYC1模块激活TPS基因的表达,促进萜烯生物合成。

图2:Y3H分析显示JAZ2和wo与SlMYC1相互作用

图2:Y3H分析显示JAZ2和wo与SlMYC1相互作用


结论

研究人员认为wo是MeJA诱导的毛状体形成所必需的,SlMYC1在VI型毛状体的形态发育中起关键作用。在成熟的Ⅵ型毛状体腺细胞中,wo可以招募SlMYC1来激活TPS基因的表达以促进萜烯的生物合成。wo-SlMYC1功能模块可以被SlJAZ2抑制,JA可以解除这种抑制。除了与wo一起作用外,SlMYC1在腺细胞分裂和扩张中也扮演两个独立的角色.


图3:茉莉酸介导的番茄VI型腺毛发育和代谢的模式图

 图3:茉莉酸介导的番茄VI型腺毛发育和代谢的模式图


论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13473

参考文献:

【1】Aharoni A, Giri AP, Deuerlein S, Griepink F, de Kogel WJ, Verstappen FW, Verhoeven HA, Jongsma MA, Schwab W, Bouwmeester HJ, 2003. Terpenoid metabolism in wild-type and transgenic Arabidopsis plants. Plant Cell 15:2866-84

【2】Ariel FD, Manavella PA, Dezar CA, Chan RL, 2007. The true story of the HD-Zip family. Trends Plant Sci 12:419-26.

【3】Barba P, Loughner R, Wentworth K, Nyrop JP, Loeb G, Reisch B, 2019. A QTL associated with leaf trichome traits has a major influence on the abundance of the predatory mite Typhlodromus pyri in a hybrid grapevine population. Horti Rea 6:87

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