徐麟研究組揭示植物再生的傷口信號轉導機制

       強大的再生能力是植物適應嚴酷環境的生存技能之一。受傷離體的枝條或葉片掉落在濕潤的土壤表面后,能夠在傷口處快速再生不定根,頑強的生存下去?!笆萇恕筆且⒃偕腦?,但是我們對傷口信號如何控制再生知之甚少。2019年4月22日,中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所徐麟研究組于Nature Plants雜志在線發表“Jasmonate-mediated wound signalling promotes plant regeneration”研究,揭示了植物再生的傷口信號轉導機制。

       擬南芥離體葉片可以在傷口處自發再生不定根,是研究傷口信號轉導的有效再生體系。在傷口產生前,生長素合成通路重要基因ASA1的座位上被表觀因子SDG8進行組蛋白H3K36位點甲基化修飾,使ASA1處于“待命”狀態。傷口產生10分鐘內,葉片快速積累茉莉素,并在2小時內開啟“茉莉素-ERF109-ASA1”分子通路。ASA1被ERF109轉錄因子的快速激活依賴于組蛋白H3K36位點甲基化修飾。因此茉莉素作為一個脈沖式的傷口激素,通過一系列分子信號轉導促進了葉片中生長素的積累; 而高濃度生長素可以促進傷口處干細胞命運轉變,形成根原基并發育成為不定根。茉莉素脈沖信號的關閉也很重要,過強的傷口信號會抑制根再生過程。產生傷口2小時后,茉莉素在離體葉片中消失,這導致JAZ蛋白積累并與ERF109蛋白形成復合體,抑制ERF109的轉錄因子活性,從而關閉了傷口信號轉導。

       雖然傷口對植物體產生了致命的影響,但它同時也是激活再生的信號。植物再生的傷口信號轉導是新興領域,目前對其認識仍然有限。傷口的作用不僅可以促進離體葉片產生生長素,也起著對生長素流物理阻斷和影響再生干細胞重編程的功能。對傷口信號分子本質的研究將為植物再生技術(如扦插等)的改進提供線索。

       張貴芳、趙飛和陳呂琴為論文并列第一作者,徐麟為通訊作者。這項研究由中國科學院分子植物科學卓越創新中心/上海植物生理生態研究所徐麟研究組和張一婧研究組、南通大學孫利軍團隊和鮑寧團隊、美國佐治亞大學楊黎團隊、中科院上海有機化學研究所邱早早等合作完成。研究得到了基金委、中科院和植物分子遺傳國家重點實驗室項目的支持。

       論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41477-019-0408-x