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版纳植物园解析植物抗冻害信号分子茉莉酸的功能与机制

2013-08-15 11:13 余迪求研究员团队 中国科学院西双版纳热带植物园 阅读 0
核心摘要: 中国科学院西双版纳热带植物园余迪求研究员团队发现,植物激素茉莉酸通过调控ICE转录因子功能,正调控拟南芥抗冻害反应。外源茉莉酸提高抗冻能力,阻断内源茉莉酸则导致冻害敏感。机制上,JAZ蛋白与ICE1/2相互作用,抑制CBF3表达。该研究揭示了茉莉酸在ICE-CBF/DREB1信号通路中的上游调控作用,为植物抗寒育种提供了新靶点。

在自然界中,植物的生长发育常受到盐害、干旱等环境胁迫的影响。温度胁迫是影响植物分布和作物产量的重要环境因子之一,极端低温会抑制植物生长发育的各个阶段。因此,揭示植物适应低温胁迫的分子机制,对于应对气候变化对农业生产的影响具有重要的理论和现实意义。目前研究表明,ICE–CBF/DREB1信号通路在植物抗冷害反应中起关键的调控作用,但该通路上游的调控元件仍不清楚。植物激素茉莉酸(Jasmonate)是一类重要的生长调节物质,广泛参与调控根的伸长、花色素苷积累、表皮毛发育及抗病反应等生理过程,但茉莉酸信号是否参与调控植物非生物逆境抗性反应及其分子机制仍有待揭示。

中国科学院西双版纳热带植物园余迪求研究员领导的植物分子生物学组研究发现,植物激素茉莉酸正调控拟南芥(Arabidopsis thaliana)的抗冻害反应。外源施加茉莉酸显著提高了植物的组成型及冷驯化诱导的抗冻能力;相反,阻断内源茉莉酸的合成及信号转导则导致植物对冻害敏感,表现为存活率低及电导率高。与茉莉酸正调控抗冻能力一致的是,低温处理诱导了内源茉莉酸合成相关酶的表达,从而提高了内源茉莉酸含量。进一步分析表明,茉莉酸信号途径的抑制子JAZ蛋白能与冷信号途径的关键转录因子ICE1和ICE2相互作用。酵母双杂交实验显示,JAZ1蛋白的Jas结构域与ICE1转录因子的C端结构域介导了二者的相互作用。JAZ1和JAZ4抑制ICE1的转录功能,从而抑制下游基因CBF3的表达。此外,茉莉酸处理显著提高了ICE–CBF/DREB1信号通路中其他冷响应基因的表达。该研究证实,植物激素茉莉酸通过调控ICE转录因子的转录功能,进而调控ICE–CBF/DREB1信号通路介导的拟南芥抗冻害反应。

相关研究以“Jasmonate Regulates the INDUCER OF CBF EXPRESSION–C-REPEAT BINDING FACTOR/DRE BINDING FACTOR1 Cascade and Freezing Tolerance in Arabidopsis”为题,在植物学期刊The Plant Cell上在线发表。

该研究得到了国家自然科学基金(U1202264 和 31171183)、中国科学院基金(KSCX3-EW-N-07)及中科院“135”工程(XTBG-F04)的资助。

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