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生物所解析植物避蔭反應中的調控機制
【發布時間:2019-07-18】【關注度:

   日前,中國農業科學院生物技術研究所與華南農業大學合作,揭示了植物在遮蔭環境下通過融合光敏色素信號途徑與茉莉酸信號途徑來平衡生長和防御反應的分子機制。該研究對解決密植條件下調控植物生長,最終實現通過適度密植提高作物單產具有重要意義。該研究7月17日在線發表在《植物細胞(Plant Cell)》上。
   光照對于植物生長的重要性不言而喻,植物加大種植密度時會造成植株對光的互相遮擋,讓植物產生避蔭反應(shade avoidance response),主要表現為莖稈伸長速度加快從而與周圍的植物競爭更多的光照,并且開花提前盡快完成生殖繁衍,而這種過快的生長是以犧牲植物對外部病原菌的防御能力為代價的。過去的研究已發現遮蔭情況下植物的快速生長受到光敏色素和多種激素的調控,但這些信號途徑間的交互調控分子機制尚不清楚。
   光敏色素phyA是事務感受遠紅光的主要光受體,phyA在細胞中起作用依賴于兩個重要轉錄調控因子FHY3和FAR1。本研究中,研究人員發現在遮蔭時,一方面FHY3和FAR1可以直接激活下游轉錄因子PAR1和PAR2,進而抑制生長相關的基因,阻止植物過快生長。另一方面,FHY3和FAR1可以與茉莉酸信號的關鍵轉錄因子MYC2協同作用激活下游防御基因的表達,增強植物在遮蔭環境下的防御能力。同時,JAZ蛋白可以抑制FHY3和FAR1的蛋白活性,來控制生長和防御基因維持在合適的表達水平。反過來,在缺失FHY3和FAR1蛋白的突變體中,生長和防御的平衡被打破,使生長速度更快,防御能力更弱。

   增加密植,可以提高作物的單產。但是,種植密度的提高,不可避免的會引起避蔭反應,對作物生長產生不利的影響。在耐密植作物育種過程中,這就需要育種家培育能夠耐受避蔭反應的作物新品種,使生長和防御維持較好的平衡。本研究首次揭示了植物在遮陰條件下平衡生長與防御的信號途徑,對于耐密作物的培育具有重要的理論指導意義。
  
該研究第一作者為玉米功能基因組創新團隊劉揚副研究員,通訊作者為華南農業大學生命科學學院王海洋教授。
   該研究得到了國家自然科學基金的資助。

   原文鏈接:http://www.plantcell.org/content/early/2019/07/16/tpc.18.00991

 

 
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