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    中國科學院昆明植物研究所
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    昆明植物所在植物激素茉莉酸和乙烯調控植保素的分子機制研究中取得新進展

    文章來源:資源植物與生物技術重點實驗室  |  發布時間:2023-10-27  |  作者:吳勁松,宋娜  |  瀏覽次數:  |  【打印】 【關閉

     

      東莨菪素(scopoletin)和其糖基化的東莨菪苷(scopolin)是植物生物合成的重要香豆素類化合物。已有的研究表明它們在鎮痛、抗炎、降血壓、抗腫瘤、防治高尿酸血癥等方面具有明顯的藥理活性。最近的研究還顯示,它可以改善多巴胺能神經元的存活狀況,從而促進帕金森病人運動能力的恢復;它還是一種天然有效的乙酰膽堿酯酶抑制劑,可以促進乙酰膽堿的釋放,提高老年性癡呆癥患者的學習和記憶能力。有意思的是,中國科學院昆明植物研究所資源植物與生物技術重點實驗室近來的工作證明它們其實是煙草屬植物抵御鏈格孢菌的重要植保素(Sun et al., 2014 Journal of Experimental Botany)。

      鏈格孢菌(Alternaria alternata)是一種營腐生生活的病原真菌,它的不同病理小種可以侵染馬鈴薯、蘋果、煙草、玉米、梨等很多的農作物,造成極大的經濟損失。其中,鏈格孢菌感染導致的赤星病是煙草屬植物最主要的真菌性病害。中國科學院昆明植物研究所植物次生代謝分子調控專題研究組在前期發現:scopoletinscopolin是植物抵御病原菌的重要植保素,而且茉莉酸和乙烯這兩種植物激素是它們生物合成所必須的信號(Sun et al., 2014 Journal of Experimental Botany; Sun et al., 2017 Plant Pathology)。但是,目前這兩個激素信號是如何一起調控它們生物合成的分子機制仍然不清楚。該研究組通過多年的努力,首次發現了茉莉酸和乙烯信號通過協同的方式調控了scopoletinscopolin生物合成的現象,并發現了介導這種協同調控機制的關鍵轉錄因子NaWRKY70。 

      研究發現,在茉莉酸甲酯(MeJA)和乙烯利(ethephon)共同作用下,這兩種植保素的積累水平及其關鍵酶基因feruloyl-CoA 6’-hydroxylase 1NaF6’H1)的轉錄水平會急劇高水平的被誘導,而單獨MeJA或者ethephon處理一點也不能誘導它們的積累,表明茉莉酸和乙烯通過協同方式調控scopoletinscopolin的合成。進一步通過轉錄組測序和病毒介導的基因沉默技術(VIGS)篩選到一個WRKY類的轉錄因子NaWRKY70,其表達模式與NaF6’H1相似,受鏈格孢菌誘導,以及茉莉酸和乙烯的協同誘導。通過對NaWRKY70基因沉默、基因編輯和過表達的穩定轉化植株的分析,進一步證明NaWRKY70是茉莉酸和乙烯信號協同調控scopoletinscopolin合成的關鍵因子。凝膠阻滯實驗(EMSA)、染色質免疫共沉淀(ChIP-qPCR)和啟動子激活實驗(Dual-LUC)表明,NaWRKY70通過直接與NaF6’H1啟動子區的W-box結構域結合并激活其表達進而調控scopoletinscopolin的合成。此外,乙烯信號途徑的關鍵調控因子NaEIN3-like1能夠直接與NaWRKY70啟動子結合并激活其表達。同時,JA信號途徑重要因子NaMYC2s也間接調控NaWRKY70NaF6’H1的表達,從而控制scopoletinscopolin的合成。 

      該文章發現并提供了兩種不同的植物激素通過協同的方式調控了植物化學的防御的典型案例,揭示了NaWRKY70整合茉莉酸和乙烯信號調控scopoletinscopolin的分子機制。研究結果豐富了植物激素協同調控植保素的理論認識,有助于我們更深入了解植物抵抗鏈格孢菌的分子機制,而且為scopoletinscopolin工業提取提供了思路。 

      以上研究成果以Synergistic induction of phytoalexins in Nicotiana attenuata by JA and ethylene signaling mediated by NaWRKY70為題于1023日在植物學著名期刊Journal of Experimental Botany上在線發表,中國科學院昆明植物研究所宋娜博士后為該文章第一作者,吳勁松研究員為通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金(32370311)和云南省海外高層次人才計劃的資助。 

      文章鏈接

     

    1 鏈格孢菌感染會誘導植物合成茉莉酸和乙烯,而且外源施加茉莉酸甲酯和乙烯利會通過協同的方式誘導植保素Scopoletin和scopolin的生物合成 

     

    2 茉莉酸和乙烯信號介導NaWRKY70協同調控scopoletin和scopolin合成的工作模型 

    (責任編輯:李雪)

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