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植物激素茉莉酸調控種子大小的新機制
種子作為開花植物的重要繁殖器官，在植物生命周期中具有生態適應與農學應用的雙重功能。種子大小的建成是高度復雜且精密的生物學過程，受內源遺傳信號和外界環境因子的協同控制。深入解析種子大小的調控機制，不僅有助于揭示植物適應復雜生態環境的分子策略，更將為農作物遺傳改良提供理論依據。茉莉酸(Jasmonate,JA)是一類關鍵的環境響應激素，廣泛參與植物多種生理過程的調控。盡管JA信號轉導機制的研究已取得長足進展，但在特定組織器官(如種子)或自然環境條件下，其信號通路的特異性調控機制仍待深入研究。
近日，中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)植物環境適應性研究組在The Plant Cell期刊上發表了題為Jasmonate signaling coordinates with the SOD7–KLU pathway to regulate seed size in Arabidopsis thaliana的研究論文，揭示了JA信號負調控植物種子大小的新機制。鑒于該研究在相關領域的科學創新意義，The Plant Cell期刊配發了題為Tiny Seeds,Big Decisions: Jasmonate-mediated regulation of seed size in Arabidopsis via the SOD7–KLU module的評述文章，對該研究進行了點評。同行專家認為，該研究揭示了JA信號通過精密調控SOD7–KLU途徑，從而維持種子大小在適宜水平的分子機制。這一發現為特定組織器官(如種子)或環境條件(如高鹽脅迫)下JA信號轉導的特異性機制，以及種子大小形成的復雜調控網絡提供了新見解。
與前人研究結果相一致，該研究證實COI1–JAZ途徑介導的內源JA信號通過母系效應負調控種子大小。當JA信號被阻斷后，相關突變體或轉基因植物(如coi1或JAZ1-ΔJas)的種子均顯著大于野生型種子。JA信號途徑關鍵基因COI1、JAZ和MYC等在種子發育過程中(尤其是在珠被細胞中)強表達。進一步研究發現，JA能抑制細胞色素P450家族基因KLU(編碼珠被細胞增殖誘導因子)的表達。遺傳分析發現，KLU突變能顯著抑制coi1的種子大小表型，說明KLU是JA信號負調控種子大小所必需的。
蛋白質相互作用實驗表明，JA信號途徑的關鍵抑制子JAZ直接與KLU基因的上游調控因子SOD7及其同源蛋白DPA4相結合。遺傳學分析進一步確認，SOD7高表達能抑制coi1突變體的種子大小表型。有趣的是，SOD7還能與JA途徑的核心轉錄因子MYC2和MYC4相互作用。遺傳分析和生化機制研究表明，SOD7和MYC2能相互增強彼此的轉錄調節功能，協同抑制下游KLU基因的轉錄，從而共同抑制種子大小。相反，JAZ蛋白抑制SOD7和MYC2的轉錄調節功能，且與SOD7競爭性結合MYC2。值得注意的是，JA信號對于SOD7–KLU途徑及種子大小的調控，在高鹽脅迫條件下也發揮關鍵作用。此外，SOD7還能與ABI5轉錄因子相互作用，暗示其可能參與種子從發育到萌發的全過程調控。
綜上所述，該研究揭示了SOD7與KLU在JA信號調控種子大小過程中的關鍵作用，并進一步在分子水平解析了JAZ和MYC通過與SOD7直接互作，協同調控SOD7–KLU信號通路，從而精細控制種子大小的轉錄調控機制。該研究不僅為植物種子大小遺傳調控機制提供了新的認識，也為闡明特定組織器官中(或自然環境條件下)JA信號轉導的特異性機制提供了重要依據，對于人們深入理解植物通過整合多信號途徑精密調控生長發育及環境適應性的分子策略具有重要的科學意義。
版納植物園張桔萍博士為該文第一作者，胡彥如研究員和韓笑副研究員為該文通訊作者;密歇根州立大學Gregg A. Howe教授及湖南大學姚瑞楓教授在該研究中作出了重要貢獻。該研究得到了國家自然科學基金等項目的資助。
圖1. KLU突變抑制coi1的種子大小表型(Zhang et al., 2025,Plant Cell)
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