The plant Cell|云南大学余迪求团队揭示茉莉酸协同脱落酸信号延迟种子萌发的分子机制

种子萌发和随后成苗的过程是由外部和内部的诱因精确调节的,包括植物激素。脱落酸(ABA)是一种重要的植物激素,调节植物的许多生理过程,包括种子萌发、气孔开度和幼苗生长,以及植物对各种非生物和生物胁迫的反应。已知脱落酸(ABA)抑制拟南芥的种子萌发和萌发后生长,茉莉酸(JA)增强ABA功能。然而,脱落酸和茉莉酸信号通路之间相互作用的分子机制仍然很难理解。

 

近日,2020年10月6日,云南大学余迪求研究员团队与美国密西根大学Gregg A. Howe教授合作在The Plant Cell发表了题为Molecular Mechanism Underlying the Synergetic Effect of Jasmonate on Abscisic Acid Signaling during Seed Germination in Arabidopsis的研究论文,揭示了茉莉酸协同脱落酸信号延迟种子萌发的分子机制。


外源茉莉酸增强脱落酸信号延迟种子萌发

在含有或不含10微米MeJA的培养基上,Col-0种子显示出相似的萌发和扩大的子叶百分比,证实10微米MeJA单独对萌发没有抑制作用。用MeJA和脱落酸处理的种子显示出低得多的萌发和扩展子叶的百分比,这表明MeJA在种子萌发期间增强了脱落酸信号。为了验证这些观察结果,使用了冠菌素(COR),1微米COR不抑制萌发和子叶扩展,但是Col-0植物在COR培养基和ABA培养基上表现出较低的萌发和扩展子叶百分比。为了证实COR在种子萌发过程中对ABA信号的调节作用,使用RT-qPCR来确定几个特征明确的ABA响应基因的转录水平,这些基因的转录水平在用脱落酸和玉米赤霉烯酮处理的种子中高于单独用脱落酸或玉米赤霉烯酮处理的种子。综上所述,这些结果表明外源茉莉酸增强脱落酸信号延迟种子萌发。

图1:茉莉酸增强种子萌发过程中的脱落酸信号


JAZ代表与AB3物理互动

AB4是一种众所周知的转录因子,在种子萌发过程中积极调节ABA反应。然而,在AB4和JAZ之间没有检测到相互作用,这表明参与ABA反应的JAZ蛋白与AB3相互作用,但与AB4不相互作用。使用双分子荧光互补(BiFC)和共免疫沉淀(Co-IP)分析,在植物细胞中证实了JAZ蛋白和AB3之间的这些相互作用。在Co-IP试验中,结果表明JAZ蛋白与植物中的AB3发生物理相互作用。在确定了JAZ蛋白与AB3的物理相互作用后,我们想知道JAZs是否参与了种子萌发过程中AB3介导的ABA信号传导。为了测试这种可能性,我们进一步详细分析了JAZs的属性。为了检测JAZ在不同组织中的表达,我们通过逆转录聚合酶链反应分析了其转录水平。有趣的是,在干燥种子中检测到相对高水平的JAZ1、JAZ5和JAZ8转录本,表明JAZ蛋白在种子萌发中起作用。 

图2:JAZ和AB3的物理相互作用

 

ABI3的N末端片段与包含ZIM结构域的JAZ中部区域相互作用

为了检查AB3的哪些区域需要与JAZ蛋白相互作用,我们进行了定向酵母双杂交分析。AB3被分为N末端区域(BD-AB3-N)和包含B2和B3结构域的C末端区域。ABI3 (BD-ABI3-C)的C端残基缺失不影响其与JAZ1和JAZ5的相互作用;然而,AB3的氮末端片段的缺失完全消除了它与这些蛋白质的相互作用。因此,ABI3的N端区域是其与JAZ1和JAZ5相互作用所必需的。用同样的方法来鉴定JAZ蛋白的结构域,这些结构域是它们与AB3相互作用所必需的。JAZ1和JAZ8被分成不同的截短版本,然后独立地与Gal4激活域融合以生成猎物载体。然后使用酵母双杂交系统分析这些衍生物和AB3之间的9种潜在相互作用。JAZ1(AD-JAZ1 1–120)的C端133残基的缺失消除了其与AB3的相互作用,而删除其N端片段(AD-JAZ1 121–253)没有影响。进一步的绘图显示,包含ZIM结构域的JAZ1中间区域是JAZ1-AB3相互作用所必需的。同样,包含ZIM结构域的JAZ8中间区域对于JAZ8-AB3相互作用是必不可少的。

图3: 鉴定ABI3和JAZ区域相互作用所需的Y2H分析

 

植物激素JA在植物界普遍存在,调节植物发育、生长和胁迫反应的多个生理方面。一些研究强调了茉莉酸参与种子萌发,并提出它可能与脱落酸相互作用来介导这些过程。然而,茉莉酸调控种子萌发的详细分子机制及其与脱落酸的相互作用仍不清楚。在这项研究中,我们进一步研究了茉莉酸在种子萌发和随后萌发后生长过程中调节脱落酸反应的调节作用。与以前的研究一致,我们的结果表明外源茉莉酸在激活脱落酸反应以延缓种子萌发中具有积极的作用。在脱落酸和茉莉酸同时存在的情况下,Col-0种子表现出低的发芽率和扩大的子叶百分比,而内源茉莉酸感知或信号传导受阻的品系在种子萌发期间对脱落酸不太敏感。基于这些发现,我们得出结论,茉莉酸信号激活脱落酸反应,以延迟种子萌发的拟南芥。


文献链接:http://www.plantcell.org/content/early/2020/10/06/tpc.19.00838

 

参考文献:

1Abe, H., Urao, T., Ito, T., Seki, M., Shinozaki, K., and Y amaguchi-Shinozaki. (2003) Arabidopsis AtMYC2 (bHLH) and AtMYB2 (MYB) function as transcriptional activators in abscisic acid signaling. Plant Cell 15: 63–78.


2Aleman, F., Y azaki, J., Lee, M., Takahashi, Y., Kim, AY., Li, Z., Kinoshita, T., Ecker, J.R., and Schroeder, J.I. (2016) An ABA-increased interaction of PYL6 ABA receptor with MYC2 Transcription Factor: A putative link of ABA and JA signaling. Sci Rep. 6: 28941.

 

3Alexa, A., and Rahnebfuhrer, J. (2010) TopGO: enrichment analysis for gene ontology. R package version 2.8.

 

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种子萌发和随后成苗的过程是由外部和内部的诱因精确调节的,包括植物激素。脱落酸(ABA)是一种重要的植物激素,调节植物的许多生理过程,包括种子萌发、气孔开度和幼苗生长,以及植物对各种非生物和生物胁迫的反应。已知脱落酸(ABA)抑制拟南芥的种子萌发和萌发后生长,茉莉酸(JA)增强ABA功能。然而,脱落酸和茉莉酸信号通路之间相互作用的分子机制仍然很难理解。
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