科學(xué)家揭示植物激素獨腳金內(nèi)酯分解代謝機制主要用于調(diào)控植物分枝及種子萌發(fā)

來源：中國科學(xué)報時間：2021-11-12 08:54:08

11月12日，中科院植物研究所研究員胡玉欣團隊在《自然—植物》上發(fā)表了最新研究成果，他們發(fā)現(xiàn)擬南芥羧酸酯酶家族成員AtCXE15及其直系同源蛋白是一種獨腳金內(nèi)酯分解代謝的關(guān)鍵酶。

獨腳金內(nèi)酯是一類由類胡蘿卜素衍生的植物激素，在調(diào)控植物分枝、促進植物與叢枝菌根真菌的共生和誘導(dǎo)根寄生植物種子萌發(fā)等方面起著重要作用。獨腳金內(nèi)酯的代謝及其作用機制是近年來植物發(fā)育生物學(xué)的重要研究領(lǐng)域之一。以擬南芥、水稻等植物為研究材料，目前已鑒定到超過30種不同結(jié)構(gòu)的獨腳金內(nèi)酯分子，并且在獨腳金內(nèi)酯的生物合成、轉(zhuǎn)運及信號傳導(dǎo)等方面取得了一系列重要進展。然而由于一些獨腳金內(nèi)酯分子穩(wěn)定性差且測定困難，植物獨腳金內(nèi)酯的分解代謝機制仍不清楚。

研究人員發(fā)現(xiàn)，AtCXE15的表達在根和莖外植體中對生長素呈現(xiàn)出完全相反的反應(yīng)模式。在擬南芥中過量表達AtCXE15基因能夠顯著增加分枝數(shù)目，而這種分枝數(shù)目增加是由于體內(nèi)獨腳金內(nèi)酯缺乏造成的。

通過進一步研究，他們發(fā)現(xiàn)AtCXE15能夠結(jié)合并在體內(nèi)外高效水解不同類型的獨腳金內(nèi)酯分子，此外，AtCXE15在苜蓿、大豆等雙子葉植物，單子葉植物水稻和裸子植物雙子鐵中的直系同源蛋白功能高度保守。

有趣的是，與獨腳金內(nèi)酯合成和信號基因不同，AtCXE15轉(zhuǎn)錄水平受到獨腳金內(nèi)酯和多種外界環(huán)境信號調(diào)控，這暗示了CXE15介導(dǎo)的獨腳金內(nèi)酯穩(wěn)態(tài)可能是植物整合環(huán)境信號和分枝發(fā)育的一種機制。

該研究揭示了植物獨腳金內(nèi)酯分解代謝和穩(wěn)態(tài)調(diào)控的新機制，為通過時空操縱體內(nèi)獨腳金內(nèi)酯分布進而優(yōu)化作物及觀賞植物株型提供了新的策略。

中科院植物研究所助理研究員徐恩君為該論文第一作者，胡玉欣為通訊作者。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項、國家自然科學(xué)基金委的資助。

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