逆境中心朱健康研究组发现新的ABA分解代谢调控因子,并揭示其影响植物抗旱性的机制

2018-07-05 | 作者: 渔民/小D | 标签: ABA分解代谢调控因子

脱落酸(abscisic acid,ABA)是植物干旱胁迫响应中的重要信号分子。ABA在植物体内的积累取决于ABA的生物合成和代谢。之前的研究已经鉴定出了ABA生物合成相关的基因,包括编码玉米黄质氧化酶(zeaxanthin oxidase,ZEP),9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(9-cis-epoxycarotenoid dioxygenases,NCED)和黄嘌呤脱氢酶/还原酶(ABA deficient 2, ABA2)等基因(Edel and Kudla, 2016)。另外,两种β-葡萄糖苷酶(AtBG1和AtBG2)可以水解ABA-葡萄糖酯(ABA-glucose ester,ABA-GE)提高拟南芥中ABA的积累。过量表达AtBG1可以提高细胞ABA水平和对干旱胁迫的抗性,相反,AtBG1功能缺失会破坏ABA介导的干旱胁迫响应(Lee et al., 2006)。

除了ABA的生物合成外,ABA分解代谢也是调节细胞ABA含量的一个主要过程。ABA主要通过葡萄糖缀合和羟基化两种途径进行分解代谢,其中缀合过程由UDP-葡糖基转移酶(UDP-glucosyltransferase,UGT)完成,而ABA的初级羟基化由CYP707A1—CYP707A4四种细胞色素P450单加氧酶催化完成(Dong et al., 2014)。目前为止,一些研究已经确定了ABA代谢基因的转录调节因子,例如bZIP转录因子VIP1,但是对ABA分解代谢的调控及其对植物抗旱性的影响仍需进一步研究。

2018年7月4日,中科院上海植物逆境生物学研究中心朱健康课题组在Molecular Plant在线发表了题为The Flowering Repressor SVP Confers Drought Resistance in Arabidopsis by Regulating Abscisic Acid Catabolism的研究论文,揭示了SHORT VEGETATIVE PHASE(SVP)通过调控ABA累积提高拟南芥抗旱性的分子机制。




SHORT VEGETATIVE PHASE(SVP;又名AGAMOUS-LIKE22,AGL22)是MADS-box类转录因子,通过抑制FT 和TSF的表达调控植物从营养生长向生殖生长的转化。已有的研究表明,在生长环境温度发生变化时,SVP会响应这一变化并调控开花的转化(Lee et al., 2013)。在干旱胁迫下,SVP也会影响植物的代谢和发育(Bechtold et al., 2016)。然而,SVP是否介导植物的干旱胁迫响应及其相关机制依然未知。

在朱健康研究组的这项最新研究中,研究人员发现,干旱胁迫后,SVP在叶片中的表达上调,同时,SVP过表达会增强植物抗旱能力,说明SVP是拟南芥抗旱性的正调控因子。进一步研究发现,转录因子SVP的直接靶基因是ABA分解代谢基因CYP707A1/3和AtBG1。SVP抑制CYP707A1/3的表达,而增强了拟南芥叶片中AtBG1的表达,从而提高植物体内的ABA水平。研究人员进一步在svp突变体植株中过量表达AtBG1或是突变CYP707A1/3,结果发现svp突变体中ABA含量增加并且突变体的抗旱性增强。这些结果表明,SVP是ABA分解代谢的中心调控因子;SVP,CYP707A1/3和AtBG1途径在植物的抗旱性中起关键作用。


SVP在ABA累积和干旱抗性中的功能(Wang et al., Mol Plant, 2017)

总之,该研究确定了一种新的ABA代谢调控途径,转录因子SVP及其靶基因在控制拟南芥中的ABA分解代谢和抗旱性中发挥着重要作用。干旱条件下SVP与靶基因启动子中CArG基序的结合增强,进而抑制ABA羟基化和增加植物中ABA-GE的水解,最终促进ABA在植物体内的积累并提高抗旱性。

主要参考文献
Bechtold et al.(2016). Time-Series Transcriptomics Reveals That AGAMOUS-LIKE22 Affects Primary Metabolism and Developmental Processes in Drought-Stressed Arabidopsis. The Plant cell 28:345-366.
Dong et al. (2014). Abscisic acid uridine diphosphate glucosyltransferases play a crucial role in abscisic acid homeostasis in Arabidopsis. Plant physiology 165:277-289
Edel, K.H., and Kudla, J. (2016). Integration of calcium and ABA signaling. Curr Opin Plant Biol 33:83-91.
Lee et al. (2013). Regulation of temperature-responsive flowering by MADS-box transcription factor repressors. Science 342:628-632



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来源:BioArt植物

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