《研究揭示植物激素调控苜蓿花芽发育的分子机理》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2024-05-22
  •     近日,中国农业科学院草原研究所草种质资源创新与生物育种团队揭示了植物激素参与调控紫花苜蓿花芽生长发育的调控机制,该研究为苜蓿分子育种提供了重要的基因资源,为提高苜蓿种子产量提供了新的思路。相关研究成果发表在《植物》(Plants)上。紫花苜蓿花芽发育的三个阶段。

        中国农科院草原所供图花芽发育直接影响着苜蓿种子的产量和质量,植物激素在花芽发育过程中起着关键的调控作用。通过综合利用转录组和靶向植物激素代谢组技术,该团队探究了苜蓿花芽早(D1)、中(D2)、晚(D3)三个发育时期的基因表达模式和激素积累情况,解析了植物激素调控花芽发育的分子机理。代谢组研究结果表明,赤霉素、生长素、细胞分裂素和茉莉酸与花芽发育密切相关。基于转录组数据,作者鉴定出了参与植物激素合成和信号转导的结构基因,并构建了赤霉素(GA)、生长素(IAA)、细胞分裂素(CK)和茉莉酸(JA)合成和信号转导的网络通路图。同时筛选出了一些与花器官发育密切相关的调控基因,这些候选基因或许在调控苜蓿花芽发育过程中发挥重要作用。该研究草原所硕士研究生黄修正为第一作者,副研究员刘磊和强晓晶博士为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、内蒙古科技计划等项目的支持。相关论文信息:https://doi.org/10.3390/plants13081078

  • 原文来源:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/5/522434.shtm
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    •      11月4日,《自然-植物》(Nature Plants)在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心张鹏研究组完成的题为Cryo-EM structure and molecular mechanism of the jasmonic acid transporter ABCG16的研究论文。该研究揭示了ABC(ATP-binding cassette)家族转运蛋白ABCG16特异识别和跨膜转运植物激素茉莉酸的分子机制。     作为植物激素,茉莉酸在植物对生物及非生物胁迫的防御反应中发挥作用,参与调节植物的生长发育。茉莉酸合成起始于植物叶绿体,在过氧化物酶体、液泡等细胞器中完成合成、修饰与代谢,进而被运输到细胞核以发挥生理作用。而跨膜转运蛋白在茉莉酸及前体和衍生物的跨膜运输过程中发挥作用。在拟南芥中,ABCG16/JAT1是质膜及核膜定位的ABC家族转运蛋白。有研究发现AtABCG16可以介导茉莉酸的跨膜转运,亦有研究显示AtABCG16可以参与脱落酸的跨膜转运。然而,关于茉莉酸在跨膜运输过程中如何被转运蛋白特异识别及转运的分子过程尚不明晰。     该研究利用非洲爪蟾卵母细胞转运体系检测发现,AtABCG16可以介导茉莉酸的外向转运,但不转运脱落酸。通过异源表达、纯化蛋白并结合不同的ATP类似物,研究在体外重构了AtABCG16跨膜转运过程的不同状态,并利用单颗粒冷冻电镜技术解析了AtABCG16处于不同构象状态的三维结构,包括朝向细胞内的apo构象、结合底物茉莉酸的构象、封闭构象及朝向细胞外的后转运构象。     三维结构分析揭示了AtABCG16的同源二聚体结构、茉莉酸的结合位点以及决定底物特异性结合的关键氨基酸。同时,研究利用非洲爪蟾卵母细胞转运体系和拟南芥胁迫处理实验证实了氨基酸在茉莉酸结合与转运中的作用。进一步,研究分析发现了AtABCG16的底物结合口袋无法容纳脱落酸的结合,进而明晰了AtABCG16无法介导脱落酸转运的原因。 该研究通过比较AtABCG16的不同构象发现,AtABCG16在胞质侧具有两个独立的底物入口,分别通往各自的底物结合口袋,并与二聚体组成的跨膜转运通道相连。同时,两个芳香族氨基酸Y494与F608位于底物入口和跨膜转运通道中,分别控制二者的开闭。这一结构特征决定了AtABCG16转运蛋白的跨膜转运机制与已知的ABC转运蛋白不同。基于结构和生化分析,研究提出了AtABCG16介导的茉莉酸跨膜转运的工作模型。 该研究揭示了AtABCG16特异识别并跨膜转运茉莉酸的分子机理,解释了AtABCG16在转运底物上的争议,并丰富了ABC转运蛋白的跨膜转运机制。     研究工作得到国家自然科学基金委员会和中国科学院的支持。