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獨腳金內酯和Karrikin信號轉導分子機制取得新進展

  獨腳金內酯(Strigolactone, SL)是一種新型植物激素,調控分枝、株高、下胚軸和中胚軸伸長、葉片形狀、花青素積累、根系形態等諸多生長發育過程,對其信號途徑的研究具有重要的科學意義和應用價值。KarrikinKAR)是一類存在于植物燃燒形成的煙霧中的信號分子,能調控種子萌發和幼苗發育,對于大火後植物種子的快速萌發和生長至關重要。SLKAR的分子結構相似,傳統觀點認爲在擬南芥中它們分別被互爲同源蛋白的受體DWARF14D14)和KARRIKIN INSENSITIVE2KAI2)识别,进而與F-box蛋白MORE AXILLARY GROWTH2MAX2)互作,促進不同的SMAX1-LIKESMXL)家族成員發生泛素化修飾和降解,分別調控分枝發育和種子萌發。此外,盡管遺傳學分析鑒定了KAR信號通路的主要成員,但是KAR信號轉導的生化機制仍不清楚。 

 

  中國科學院遗传與发育生物学研究所李家洋研究团队长期从事高等植物株型建成的分子机理研究,对SL合成及信号转导机理进行了系统深入的研究。该团队與南京农业大学熊国胜研究组的最新研究表明SLKAR均能抑制紅光下擬南芥下胚軸的伸長,暗示SLKAR信號轉導可能存在新機制。進一步研究發現SMXL2SMXL家族其他成员不同,能同时参與SLKAR兩條信號途徑,SL增強其受體D14SMXL2的相互作用,而KAR誘導其受體KAI2SMXL2發生相互作用,兩種信號分別誘導SMXL2以依賴于D14KAI2的方式發生多聚泛素化修飾和降解,進而調控D14-LIKE2DLK2)和KAR-UP F-BOX1KUF1)的表達。SMXL2SLKAR共同調控下胚軸發育中發揮關鍵作用。上述研究揭示了一種新的SLKAR信號轉導機制,它們均能誘導SMXL2的泛素化和降解,爲SL信號途徑起源于古老的KAR信號途徑的進化假說提供了新證據。 

 

  該研究于2020430日在The Plant Cell雜志在線發表(DOI:10.1105/tpc.20.00140)。中國農業科學院深圳農業基因組研究所王磊博士和中科院遺傳發育所李家洋研究組徐倩博士爲該論文的共同第一作者,中科院遺傳發育所副研究員王冰和南京農業大學教授熊國勝爲共同通訊作者。澳大利亞塔斯馬尼亞大學Steven M. Smith教授、中科院遗传发育所谢旗研究员、王永红研究员、植物激素平台褚金芳博士以及中國科學院上海有机化学研究所杨军研究员参與了研究工作。该研究得到了国家自然科学基金委、中國科學院国际人才计划以及青促会的资助。 

 

圖:SL和KAR誘導SMXL2降解進而調控下胚軸發育和基因表達