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生物所解析植物避荫反应中的调控机制
【发布时间:2019-07-18】【关注度:

   日前,中国农业科学院生物技术研究所与华南农业大学合作,揭示了植物在遮荫环境下通过融合光敏色素信号途径与茉莉酸信号途径来平衡生长和防御反应的分子机制。该研究对解决密植条件下调控植物生长,最终实现通过适度密植提高作物单产具有重要意义。该研究7月17日在线发表在《植物细胞(Plant Cell)》上。
   光照对于植物生长的重要性不言而喻,植物加大种植密度时会造成植株对光的互相遮挡,让植物产生避荫反应(shade avoidance response),主要表现为茎秆伸长速度加快从而与周围的植物竞争更多的光照,并且开花提前尽快完成生殖繁衍,而这种过快的生长是以牺牲植物对外部病原菌的防御能力为代价的。过去的研究已发现遮荫情况下植物的快速生长受到光敏色素和多种激素的调控,但这些信号途径间的交互调控分子机制尚不清楚。
   光敏色素phyA是事务感受远红光的主要光受体,phyA在细胞中起作用依赖于两个重要转录调控因子FHY3和FAR1。本研究中,研究人员发现在遮荫时,一方面FHY3和FAR1可以直接激活下游转录因子PAR1和PAR2,进而抑制生长相关的基因,阻止植物过快生长。另一方面,FHY3和FAR1可以与茉莉酸信号的关键转录因子MYC2协同作用激活下游防御基因的表达,增强植物在遮荫环境下的防御能力。同时,JAZ蛋白可以抑制FHY3和FAR1的蛋白活性,来控制生长和防御基因维持在合适的表达水平。反过来,在缺失FHY3和FAR1蛋白的突变体中,生长和防御的平衡被打破,使生长速度更快,防御能力更弱。

   增加密植,可以提高作物的单产。但是,种植密度的提高,不可避免的会引起避荫反应,对作物生长产生不利的影响。在耐密植作物育种过程中,这就需要育种家培育能够耐受避荫反应的作物新品种,使生长和防御维持较好的平衡。本研究首次揭示了植物在遮阴条件下平衡生长与防御的信号途径,对于耐密作物的培育具有重要的理论指导意义。
  
该研究第一作者为玉米功能基因组创新团队刘扬副研究员,通讯作者为华南农业大学生命科学学院王海洋教授。
   该研究得到了国家自然科学基金的资助。

   原文链接:http://www.plantcell.org/content/early/2019/07/16/tpc.18.00991

 

 

 
   
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