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植物所林荣呈研究组在光调控种子休眠和萌发方面取得新进展

       种子休眠与萌发是两个紧密关联的植物生理过程,对农作物生产至关重要。休眠在种子成熟过 程中逐渐形成,其程度往往在新收获的种子中达到最高,可以帮助植物度过不利的环境、防止穗发芽及“胎萌”现象的发生。后熟、低温和光照等因素往往可以打破 休眠、促使种子萌发,使植物开始新的生命周期。种子休眠与萌发既受内在因素的控制,也受外界环境的调节。赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)是决定种子休眠与萌发的两类主要植物激素,赤霉素抑制休眠、促进萌发,而脱落酸起到相反的作用。光是影响种子萌发的主要环境因子之一,红光促进种子萌发,而远红光抑制萌发,并且二者的效应可以逆转。植物光受体之一光敏色素B(phyB)在响应红光/远红光调节种子萌发中发挥重要作用,然而,phyB在种子休眠中的调控机理并不清楚。

       中国科学院植物研究所林荣呈研究组运用分子遗传学等手段,发现了两个类Myb型转录因子RVE1和RVE2负责光调控种子休眠和萌发的分子机理。研究人员发现,RVE1和RVE2可以促进种子休眠,同时抑制红光/远红光介导的萌发,并且二者在遗传上位于phyB的下游。RVE1可以直接结合到赤霉素合成基因GA3ox2(编码的酶将无活性的GA转变为有活性的GA)的启动子元件上并抑制该基因的表达,从而专一性抑制活性GA的合成(不影响ABA的合成),进而促进休眠和抑制萌发。DOG1是控制种子休眠的关键因子,研究人员还发现,RVE1可以回复dog1的缺失表型,并且DOG1在遗传上也位于phyB的下游。在种子发育过程中,RVE1、RVE2及DOG1的表达量逐渐升高,而种子浸泡后,三者的表达量迅速下降,同时phyB可以抑制三者的表达。值得注意的是,在拟南芥不同的生态型中,RVE1/RVE2的表达量与休眠程度均成正相关。

       该研究发现RVE1和RVE2是一对能同时调控种子休眠和萌发的转录因子,揭示了phyB抑制种子休眠的机理,解析了光信号通过phyB-RVE1/RVE2-GA3ox2通路整合内源激素代谢来调节植物早期生长发育的作用机制,为未来作物通过分子设计以防止穗发芽或提高种子发芽率奠定了理论基础。

     该研究成果于8月10日在线发表于《自然-通讯》(Nature Communications)上,题为“Phytochrome B and REVEILLE1/2-mediated signaling controls seed dormancy and germination in Arabidopsis”。林荣呈研究组博士生蒋志敏为该论文的第一作者,林荣呈研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金委和农业部项目的资助。

       文章链接:http://www.nature.com/ncomms/2016/160810/ncomms12377/full/ncomms12377.html


图1 光敏色素BRVE1/2蛋白调节种子休眠和萌发的分子机理



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