【儀表網 儀表研發】獨腳金內酯是一種新型植物激素，在植物株型建成中發揮關鍵作用，調控植物的生長發育以及對干旱、低磷、低氮等逆境的適應能力，對農作物改良增產具有重要價值。但該激素也會刺激寄生雜草種子萌發，造成農作物嚴重減產。因此，對獨腳金內酯信號途徑的研究具有重要科學意義和應用價值。
6月11日，中國科學院院士、中科院遺傳與發育生物學研究所研究員李家洋團隊在《自然》上發表題為Transcriptional regulation of strigolactone signalling in Arabidopsis的研究論文，系統鑒定擬南芥獨腳金內酯早期響應基因，闡明獨腳金內酯調控分枝數目、葉片形狀以及花青素積累的分子機制，突破獨腳金內酯信號途徑研究的瓶頸；進一步發現SMXL6,7,8能夠作為轉錄因子調控自身轉錄，同時作為轉錄抑制蛋白調控分枝等發育過程，揭示一種全新的植物激素信號轉導機制。
李家洋團隊長期從事獨腳金內酯的合成及信號轉導研究，發現獨腳金內酯能夠誘導其受體D14與F-box蛋白D3/MAX2以及抑制蛋白D53/SMXL2,6,7,8形成復合體，啟動信號轉導，誘導D53/SMXL2,6,7,8發生泛素化修飾介導的蛋白降解，解除對下游基因的轉錄抑制，調控植物株型以及作物產量(Lin et al., 2009, Plant Cell; Jiang et al., 2013, Nature; Wang et al., 2015, Plant Cell; Song et al., 2017, Cell Research; Duan et al., 2019, PNAS; Wang et al., 2020, Plant Cell)。近期，與合作者研究發現，獨腳金內酯途徑在水稻“綠色革命”中被廣泛應用，對水稻的穩產和廣適性非常重要(Wang et al., 2020, Mol Plant)。
然而目前僅有少量獨腳金內酯早期響應基因得到鑒定，遠不足以解釋獨腳金內酯在植物生長發育多個方面的重要調控作用；獨腳金內酯的人工合成類似物rac-GR24能激活獨腳金內酯和karrikin兩條信號途徑，導致已鑒定的響應基因不一定位于獨腳金內酯信號途徑中。
為突破獨腳金內酯信號轉導研究的瓶頸，該研究合成了GR24的四種對映異構體，發現GR244DO能夠以依賴于獨腳金內酯受體D14的方式特異激活擬南芥獨腳金內酯信號轉導，并系統鑒定了401個獨腳金內酯早期響應基因。研究發現，獨腳金內酯通過激活BRC1的表達上調HB40的表達，進而提高側芽中ABA的含量抑制分枝發育；通過上調TCP1的表達，促進葉片伸長；通過激活PAP1、PAP2、MYB113和MYB114的表達，上調花青素合成基因DFR、ANS和TT7的表達促進花青的合成與積累。
該研究提出了一種全新的植物激素信號轉導機制，為探索激素作用機理提供了新思路。研究揭示的獨腳金內酯信號通路中的轉錄調控網絡，對全面解析獨腳金內酯調控植物生長發育以及環境適應的分子機制、揭示植物與叢枝真菌共生的機制進而培育高產抗逆、營養高效、抗寄生的作物具有指導意義。
遺傳發育所博士王磊、副研究員王冰為該論文的共同第一作者，李家洋、王冰為共同通訊作者。植物激素平臺博士褚金芳、南京農業大學教授熊國勝、中科院上海有機化學研究所研究員楊軍參與該研究工作。該研究得到國家自然科學基金委、中科院青促會的資助。
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