茉莉素：激活植物防御反應(yīng)
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 2016-12-26 甘曉
在長(zhǎng)期的演化過(guò)程中，植物獲得了復(fù)雜而精巧的機(jī)制調(diào)控可塑性生長(zhǎng)能力，以增強(qiáng)其對(duì)多變復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。激素對(duì)于植物的新陳代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和繁衍生息等各種生命活動(dòng)起重要調(diào)節(jié)作用。闡明植物激素的感知及其調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和防御反應(yīng)的機(jī)制，是植物生物學(xué)的前沿領(lǐng)域。
“植物激素作用的分子機(jī)理”重大研究計(jì)劃（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“重大計(jì)劃”）對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行了重點(diǎn)部署。通過(guò)該重大計(jì)劃的實(shí)施，我國(guó)科學(xué)家取得了多項(xiàng)重大成果。在重大計(jì)劃的資助下，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授謝道昕課題組在植物科學(xué)領(lǐng)域率先闡明了茉莉素和獨(dú)腳金內(nèi)酯這兩類(lèi)重要植物激素的受體感知機(jī)制，系統(tǒng)地闡述了茉莉素調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和防御反應(yīng)的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制；在生命科學(xué)領(lǐng)域首次揭示了新型的“配體—受體”不可逆識(shí)別規(guī)律。
茉莉素對(duì)于植物的生命活動(dòng)起重要的調(diào)控作用，不僅調(diào)控植物對(duì)病蟲(chóng)和非生物逆境的防御反應(yīng)，還調(diào)控植物育性和衰老等多種生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。植物如何感知茉莉素是半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)一直懸而未決的重大科學(xué)問(wèn)題。謝道昕課題組發(fā)現(xiàn)了一種被命名為“COI1”的蛋白是茉莉素的受體，這對(duì)茉莉素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究具有深遠(yuǎn)影響。
對(duì)于茉莉素信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程，謝道昕課題組闡明了一系列關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子所組合產(chǎn)出的各種蛋白復(fù)合體在茉莉素途經(jīng)中的重要作用，從而揭示了茉莉素調(diào)控植物抗病抗蟲(chóng)反應(yīng)、雄性不育、葉片衰老、花色素苷積累和表皮毛形成的分子機(jī)制。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)，茉莉素途徑的核心轉(zhuǎn)錄因子MYC2通過(guò)與轉(zhuǎn)錄中介體亞基MED25的互作實(shí)現(xiàn)與RNA聚合酶的“溝通交流”，從而特異性地調(diào)控茉莉素響應(yīng)基因的表達(dá)。他們還揭示了轉(zhuǎn)錄因子利用“降解促進(jìn)激活”調(diào)控防御反應(yīng)這一在生物界保守的新機(jī)制。
作為一種適應(yīng)性生長(zhǎng)機(jī)制，茉莉素在激活防御反應(yīng)的同時(shí)也調(diào)控諸多生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，然而，植物抗性和生長(zhǎng)發(fā)育之間常存在負(fù)相關(guān)。謝道昕課題組發(fā)現(xiàn)了茉莉素介導(dǎo)植物防御反應(yīng)的重要調(diào)控因子JAV1，遺傳操作JAV1可以顯著提高植物抗蟲(chóng)抗病性、但不影響植物生長(zhǎng)發(fā)育，揭示了一種新的植物體平衡生長(zhǎng)發(fā)育與防御反應(yīng)過(guò)程的分子機(jī)制。李傳友課題組對(duì)蕃茄基因Spr8進(jìn)行遺傳操作也可以打破植物抗性和生長(zhǎng)發(fā)育之間的負(fù)相關(guān)，揭示了植物—病原菌互作的新機(jī)理。這些研究成果在植物保護(hù)方面具有重要應(yīng)用前景，為開(kāi)辟病蟲(chóng)害治理提供了新的策略。
茉莉素與其他植物激素之間還具有既協(xié)同又拮抗的相互作用。李傳友課題組發(fā)現(xiàn)茉莉素通過(guò)差異性地調(diào)控生長(zhǎng)素合成和極性運(yùn)輸促進(jìn)側(cè)根發(fā)生，同時(shí)抑制主根生長(zhǎng)，這一過(guò)程還改變了根尖干細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。茉莉素與赤霉素互作調(diào)節(jié)植物表皮毛形成和植物育性。研究人員還發(fā)現(xiàn)，茉莉素途徑轉(zhuǎn)錄因子MYC2與乙烯途徑轉(zhuǎn)錄因子EIN3的互作介導(dǎo)了茉莉素與乙烯拮抗反應(yīng)的分子機(jī)制。這些研究闡述了茉莉素與其它激素互作調(diào)控植物抗性反應(yīng)和生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制。
上述系列成果受到國(guó)際同行的高度關(guān)注。2014年，《植物細(xì)胞報(bào)告》雜志（Plant Cell Report）發(fā)表長(zhǎng)篇綜述專(zhuān)文總結(jié)謝道昕和李傳友團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)性工作，指出“這些杰出的研究既加深了人們對(duì)茉莉素調(diào)控植物發(fā)育和適應(yīng)性機(jī)理的認(rèn)識(shí)，又具有重要的應(yīng)用前景”。
編輯：苑苑
