植物如何根据环境变化调节自身生长速度?近日,湖南大学生物学院于峰课题组揭示了这一天然法则背后的重要“开关”。研究人员绘制出植物体内受体激酶FERONIA的“调控线路图”:在逆境条件下,FERONIA促使植物进入“休眠”模式,暂缓生长,将更多能量用于抵抗不利因素;反之,则开启“成长”模式。相关成果于8月26日以长篇论文形式在线发表于《美国科学院院刊》。
科学家已知,在不利生长条件下,植物会产生抑制生长的激素——脱落酸(ABA),俗称“休眠素”,但其背后的机制尚不明确。近年来,受体激酶FERONIA作为植物科研界的“明星分子”,其对植物细胞生长的重要调节作用已引起广泛关注,但其内部工作机制尚未完全揭开。
于峰小组很早就将注意力聚焦于FERONIA。2012年,他们发现,在正常生长条件下,FERONIA可通过小G蛋白信号途径激活磷酸酶AB12,从而阻碍脱落酸发出抑制生长的信号。进一步研究发现,存在与之对应的负反馈机制:在病虫害等逆境条件下,脱落酸含量升高,抑制磷酸酶AB12,并释放FERONIA的激酶活性,从而“关闭”植物的生长“开关”——RALF多肽信号。
于峰小组据此证实,FERONIA介导了脱落酸与RALF多肽信号之间的交叉“会话”,并最终调节植物在逆境等环境下的生长速率。他们提出了上述“会话”模型:在正常生长条件下,调控植物生长的RALF多肽信号通过其受体FERONIA抑制脱落酸信号,从而降低逆境应答反应,使植物加速生长;而在逆境(如盐、温度、病虫害等)条件下,脱落酸含量升高并抑制磷酸酶AB12活性,从而上调RALF信号响应,使植物逆境应答增强,生长速率减缓,最终生存能力得到增强。
于峰介绍,研究小组正将这一基础理论发现转化到对水稻等主要农作物的应用研究中,用以调控水稻生长,以获得更优质的大米。