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储成才研究组揭示ABA逆境信号与BR生长信号的协同调控现象及分子机制

  植物生存有赖于体内不同激素信号间复杂交互作用以维持生长发育和逆境响应的有效平衡。脱落酸(Abscisic acidABA)和油菜素甾醇(BrassinosteriodBR)是两类重要的植物激素,前者与植物对环境胁迫的响应紧密相关,被视为典型的逆境激素;而后者在促进植物生长发育中具有重要功能。因而,研究人员很早就关注到ABABR信号间的拮抗现象,并系统揭示了ABABR信号间多层次、复杂的拮抗交互机制。值得注意的是,尽管有零星的基因表达或生理数据暗示了ABABR信号间存在协同作用的可能性,但这一协同作用的可见表型一直未能被确定地观察到,导致ABABR信号之间是否存在协同以及如何进行协同作用成为激素研究领域的一个待解之谜。 

 

  202175日,中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才/唐九友研究团队在Nature Plants在线发表了题为Synergistic interplay of ABA and BR signal in regulating plant growth and adaptation的研究论文。该研究发现低浓度(10 μM)的ABA并非如报道的高浓度ABA那样抑制、而是在幼苗叶片发育的特定时间窗口促进了水稻幼苗叶片倾角的展开,且这一促进作用依赖于健全的BR合成以及信号传导途径。随后转录组数据分析发现,近60%的低浓度ABA响应基因能被油菜素内酯(BL)同向诱导,而仅有1%的低浓度ABA响应基因被BL反向调控,表明植物体在转录水平上对低浓度ABABL的早期响应以协同而非拮抗为主导。进一步机制分析揭示ABA通过快速、轻度诱导BR合成调控基因OsGSR1的表达来有限度、非持续地激活BR的合成与信号,且ABA调控OsGSR1表达仅依赖于ABA信号核心转录因子ABI3而并非ABI5。此外,通过盐胁迫处理分析发现,早期有限度的BR信号激活或OsGSR1的正常表达在低浓度ABA介导的盐胁迫耐受性中同样发挥关键作用。有意思的是,在高浓度ABA处理下,ABABR的协同效应并不能被有效的检测到,暗示植物体可能采用不同的适应性策略来应对不同程度的环境胁迫。 

 

  综上所述,该研究明确了逆境激素ABA与促生长激素BR之间协同交互作用的存在,并揭示了这一协同作用部分依赖ABI3-OsGSR1模块的分子机制,为全面阐明逆境激素与促生长激素间的复杂交互作用提供了新的切入点。该研究也同时暗示在作物逆境耐受性的改良中,有必要考虑植株对不同程度胁迫的差异化适应机制,以确保获得适度逆境耐受性的同时兼顾有利于生产的作物生长发育(图)。

 

  遗传发育所唐九友副研究员和储成才研究员为本文共同通讯作者,李倩倩博士为本研究第一作者。遗传发育所汪迎春研究员、黄夏禾工程师参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金的经费资助。 

    


图:水稻幼苗中ABA与BR激素信号交互的工作模型