破譯植物激素—油菜素甾醇

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破譯植物激素—油菜素甾醇

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通過突變體篩選和圖位克隆，王學路課題組發現了水稻BR信號轉導通路中的新成員RLA1，并通過遺傳分析和生物學化學的方法證明RLA1在GSK2下游被GSK2所磷酸化而調控其蛋白穩定性。ofthe brassinosteroid-activated transcription factor BES1 in Arabidopsis》為題在線發表了后一項研究成果。稍早前，The PlantCell刊物在線發表了他們的前一項研究成果。

與動物不同，植物作為一種不可移動的生物，必須整合外源環境刺激和自身的激素信號來使自己的生長發育達到最優的狀態，并隨時協調生長發育與逆境響應以適應外部多變的自然環境。眾所周知，光照條件是影響植物生長發育的關鍵環境因素之一，而油菜素甾醇（BRs）是植物體內調控植物生長發育的重要激素信號。早在1996年，科學家們就發現，無論是BR的合成突變體還是受體突變體在暗處生長時都表現出光形態建成的表型，因此推斷BR和光一同調控植物的生長發育過程，近幾年的研究發現BR信號與逆境響應也有著重要聯系，而這些相互作用背后的分子機制卻一直不是十分清楚。

植物生長發育無時不受外界環境和激素的調控。油菜素甾醇作為激素中的一類重要新成員，在調控多種植物的高矮、株型、開花時間、種子大小，甚至抗逆抗病性等方面都發揮著重要作用。

近日，華中農業大學生科院王學路課題組在油菜素甾醇領域取得系列重要研究進展，先后發現了油菜素甾醇通過RLA1調控水稻葉片直立性的機理、油菜素甾醇和光協同調控植物生長發育過程的細胞和分子機制兩大方面的秘密。4月11日，Cell子 刊 Developmental Cell以《SINAT E3 ligases control the light-mediated stability

2011年，王學路課題組的楊夢冉等同學就開始了這各方面的研究，首先通過用酵母雙雜交篩選油菜素甾醇信號通路中核心的轉錄因子BES1互作蛋白的方式，找到了一類新的與BES1直接相互作用的E3泛素連接酶SINATs。后來經過近六年的細致工作，整合了生物化學、分子生物學、遺傳學和細胞生物學的方法，證明了SINATs通過介導BES1的泛素化降解來調控BR信號以及植物的生長發育。尤其是他們發現，SINATs的蛋白量受到光照條件的調節，SINATs-BES1模塊連接了內源激素信號以及外界光照條件來共同調控植物的生長發育。這些發現對深入了解植物生長調控的復雜機制具有重要意義。

以王學路課題組發現的SINAT為基礎，還參與了美國愛荷華州立大學尹延海教授課題組的另一項研究，BES1被SINATs泛素化以后可通過細胞自噬途徑所降解，從而協調植物的生長發育與逆境響應，證明了SINATs-BES1是連接外界環境信號和自身激素信號而調控植物生長發育和逆境響應的重要模塊。本研究在同一期DevelopmentalCell背靠背發表，這一系列的研究成果對于豐富油菜素甾醇（BRs）信號通路，揭示植物激素信號通路與環境密不可分共同調控植物生長發育的機制有重要意義，也為農業上的運用開辟了重要新思路。兩篇Developmental Cell文章相互印證，互為補充，為今年來該領域有重要影響的突出進展。

葉片直立性是禾本科作物獨特的株型性狀，與群體產量密切相關。在禾本科作物水稻中，油菜素甾醇（BRs）是調控葉片直立性的主要植物激素。然而，這種激素的信號轉導通路主要是基于雙子葉植物擬南芥的研究建立起來的，但是在單子葉植物，尤其是禾本科作物中，他的信號通路還沒有完成，重要組分還有待待發現和研究。近年來的研究表明禾本科作物中BR信號轉導通路與雙子葉植物存在顯著不同，特別是GSK2對下游組分的調控方式，在禾本科作物中可能更為特意。

王學路課題組通過突變體篩選和圖位克隆發現了水稻BR信號轉導通路中的新成員RLA1，并通過遺傳分析和生物學化學的方法證明RLA1在GSK2下游被GSK2所磷酸化而調控其蛋白穩定性。同時也證明RLA1可以和轉錄因子OsBZR1及DLT互作，形成BZR1-RLA1-DLT的轉錄復合體，共同調控水稻葉片直立性的表型。該研究不僅發現了水稻中獨特的BR信號轉導途徑，也為人工改造水稻株型，提高禾本科作物產量提供了重要理論意義。