2021年2月22日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李磊研究組在The Plant Cell雜志在線發(fā)表了題為“The PIF1-miR408-PLANTACYANIN Repression Cascade Regulates Light-Dependent Seed Germination”的研究論文。該研究揭示了模式植物擬南芥的種子在響應(yīng)遠(yuǎn)紅光而萌發(fā)中的一個關(guān)鍵調(diào)控通路。

種子見光后解除休眠而萌發(fā)，是很多種子植物中重要的生理和形態(tài)發(fā)生過程。在擬南芥中，種子感知遠(yuǎn)紅外光后在光敏色素phyA作用下降解萌發(fā)核心抑制因子PIF1，PIF1的降解提高種子中赤霉素（GA）相對脫落酸（ABA）的比例，從而啟動種子萌發(fā)。然而PIF1的降解和GA/ABA平衡之間的調(diào)控環(huán)節(jié)還不清楚。本研究中通過比較種子形成與萌發(fā)過程中轉(zhuǎn)錄組變化規(guī)律，鑒定到藍(lán)銅蛋白Plantacyanin是遠(yuǎn)紅光調(diào)控的種子萌發(fā)過程中的關(guān)鍵因子。通過遺傳分析、轉(zhuǎn)錄組比較、內(nèi)源植物激素定量測定等實(shí)驗，確定了定位于種子液泡的Plantacyanin是一個萌發(fā)抑制子，它能夠下調(diào)GA/ABA的比例而發(fā)揮作用。本研究組的前期成果顯示Plantacyanin是miR408的一個靶基因，本研究證明miR408是遠(yuǎn)紅光調(diào)控的種子萌發(fā)過程中的一個激活子，進(jìn)一步的分子實(shí)驗證明了PIF1能夠直接結(jié)合miR408的啟動子并抑制其表達(dá)，構(gòu)成了PIF1-miR408-Plantacyanin雙重抑制通路。遺傳學(xué)實(shí)驗證實(shí)了PIF1通過抑制miR408而維持Plantacyanin以抑制萌發(fā)（圖1）。

圖1. PIF1-miR40-Plantacyanin抑制級聯(lián)調(diào)控遠(yuǎn)紅光下種子萌發(fā)

綜合本研究與前人結(jié)果，提出了一個PIF1-miR40-Plantacyanin抑制級聯(lián)調(diào)控遠(yuǎn)紅光下種子萌發(fā)的分子機(jī)制。在黑暗中，由于phyA處于非活性狀態(tài)，被穩(wěn)定的PIF1結(jié)合到miR408啟動子，導(dǎo)致miR408的轉(zhuǎn)錄抑制并使得Plantacyanin累積。在遠(yuǎn)紅光照射后，phyA介導(dǎo)的PIF1降解導(dǎo)致miR408的轉(zhuǎn)錄激活，進(jìn)而沉默Plantacyanin。從貯藏液泡中去除Plantacyanin有助于GA/ABA比例的增加，最終使種子萌發(fā)（圖2）。這項研究對深入理解種子休眠與萌發(fā)機(jī)制具有重要意義，同時為種源技術(shù)攻關(guān)提供了新的思路。

圖2. PIF1-miR40-Plantacyanin通路調(diào)控種子見光萌發(fā)的模式圖

李磊研究員為本文通訊作者，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后江安龍為本文第一作者，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士研究生郭仲龍和已畢業(yè)的潘加偉博士、高照旭博士對該論文亦有重要貢獻(xiàn)。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鐘上威研究員為該項工作提供了幫助。該項目得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗室以及北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

來源：北京大學(xué)