《分子植物卓越中心揭示绿光通过调控油菜素甾醇信号促进植物伸长》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 姜丽华
  • 发布时间:2023-02-08
  • 2月1日,The Plant Cell在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员刘宏涛团队题为Green means go: Green light promotes hypocotyl elongation via Brassinoteroid signaling的研究论文。该研究揭示了绿光在调控植物发育中的功能,并发现绿光通过调控内源激素油菜素甾醇信号通路从而调控植物发育。

      绿光占可见光能量的一半以上。植物令人愉悦的绿色是由其对绿光的反射造成的,可能给人一种印象,即绿光对植物来说无足轻重。研究表明,尽管绿叶比红光或蓝光反射更多的绿光,但绿叶仍吸收约10%-50%的绿光。之前有研究报道,绿光参与调节高等绿色植物的生长和发育,但其中一些结果相互矛盾,有研究认为绿光和红光、蓝光、远红光一样抑制伸长,也有研究认为绿光能促进伸长。绿光如何调节植物生长,为什么之前不同研究获得完全相反的结果,尚未可知。

      商用绿色LED光源都会发出少量蓝光或红光。该研究团队结合滤光片制作出不含有红光或蓝光的纯绿光光源,发现与蓝光、红光、远红光或UV-B光抑制下胚轴伸长不同,绿光促进而不是抑制拟南芥和其他多种植物的下胚轴伸长。进一步的研究发现,植物目前已知的光受体光敏素、隐花素、向光素等都不能作为绿光受体介导绿光促进下胚轴伸长,暗示有新的光受体存在并介导绿光信号转导。该研究发现内源激素油菜素甾醇信号通路参与绿光信号转导。BES1是油菜素甾醇信号转导中的关键转录因子,绿光能促进BES1的DNA结合活性,从而调控基因转录以促进下胚轴伸长。这些结果表明,绿光作为重要的环境信号促进下胚轴伸长。被其他植物遮挡的植物感受到的红光和蓝光大大减少,而绿光较多(上层叶片吸收较多红光和蓝光,而绿光较少),绿光可作为遮荫信号,促进伸长,使植物能够适应遮荫环境。

      相关研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院等项目的资助。

  • 原文来源:https://www.cas.cn/syky/202302/t20230202_4873801.shtml
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    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-04-05
    • 4月3日,Nature Plants在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员赵春钊团队题为FERONIA coordinates plant growth and salt tolerance via the phosphorylation of phyB的研究论文。该研究揭示了类受体激酶FERONIA(FER)通过光敏色素phyB介导的光信号通路来调控植物生长和盐胁迫响应之间的平衡。   土壤盐碱化是威胁作物生长和产量、阻碍现代农业可持续性发展的世界性难题。因此,利用科学手段提高作物的耐盐性,对保障全球粮食安全至关重要。近年来,赵春钊团队一直致力于研究植物响应盐胁迫的分子遗传调控网络,为培育耐盐作物提供理论支持。该团队此前研究发现,细胞壁蛋白LRX3/4/5和类受体激酶FER组成一个分子模块来调控植物生长和耐盐性,但是该模块协调植物生长和耐盐性的分子机制还不清楚。   通过筛选突变体的抑制子,研究发现phyB基因突变能够抑制lrx345和fer-4突变体植株小和对盐胁迫敏感的表型。生化实验显示FER和phyB的N端结构域互作,并且磷酸化phyB的第106位和第227位丝氨酸。FER介导的磷酸化促进了暗环境下phyB光小体在细胞核中的暗逆转,并且抑制phyB在细胞核中的蛋白积累。盐胁迫通过抑制FER的激酶活性来影响phyB的磷酸化,进而导致phyB在细胞核中的暗逆转变慢以及在细胞核中的蛋白积累增加,而phyB在细胞核积累会抑制植物生长和促进胁迫响应。在fer-4突变体中,由于过多的phyB在核中积累,导致生长和胁迫响应的平衡受到破坏,从而造成fer-4突变体在盐胁迫下出现死亡表型。在水稻中,OsphyB突变显著提高水稻在盐胁迫下的存活率,进一步表明降低phyB在细胞核中的积累将改善植物在盐胁迫下的存活。   该研究鉴定到了磷酸化光敏色素phyB的重要激酶FER,揭示了phyB磷酸化在植物响应非生物胁迫中的重要生物学意义,以及解析了一个通过FER-phyB-PIFs模块协调植物生长和耐盐性的新机制。该研究成果为培育耐盐稳产作物新品种提供了重要的遗传改良位点和思路,具有潜在应用价值。   相关研究工作得到国家自然科学基金面上项目、中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。
  • 《分子植物卓越中心揭示植物激素茉莉酸跨膜转运分子机制?》

    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-11-07
    •      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。