PDK1蛋白激酶调控植物生长素运输的机制

PDK1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1）是真核生物中保守存在的一种丝氨酸/苏氨酸激酶，并且可以作为AGC激酶（对真核生物细胞的基础功能至关重要）的激活因子发挥作用，但目前关于PDK1激酶调控生长素运输的具体机制尚不清楚。近日，研究人员在拟南芥中揭示了PDK1通过PAX调控生长素运输的机制。该研究发现，拟南芥中pdk1的突变不会导致PDK1激酶功能的完全丧失，但是pdk1pdk2双突变体表现出包括子叶畸形、初生根短、植株矮小以及雄性不育在内的严重发育缺陷。以上表明PDK1和PDK2在植物生长发育中发挥重要作用并且部分功能亘余。进一步研究发现，PDK1不能通过直接磷酸化PIN调节植物的生长素外排。但是可以作为植物生长素感知的变阻器的一部分，磷酸化并激活AGC1激酶PAX，并进一步磷酸化PIN并微调维管分化、雄配子体发育和差异性生长反应期间的生长素运输。总之，该研究表明PDK1可以通过激活AGC1激酶活性调节极性生长素运输，并在植物发育中发挥关键作用。（Nature Plants）

揭示油菜素内酯调控植物早期光形态建成的分子机制

油菜素内酯 (BRs) 是一类对植物生长发育起重要作用的植物甾醇类激素，它在植物幼苗的暗形态建成过程当中起着非常关键的作用。近日，科学家在模式植物拟南芥中揭示了植物甾醇类激素油菜素内酯调控植物黄化幼苗见光后早期光形态建成的分子机制。该研究发现，BRs缺失突变体和BRs不敏感突变体在暗中生长4-8天，然后见光2天，幼苗的转绿能力都显著低于野生型。进一步检测发现BRs突变体det2-1相较于野生型积累了过量的原叶绿素酸酯，且det2-1的转绿表型和原叶绿素酸酯含量高度富集的表型都能够被功能获得型突变体bzr1-1D所抑制。遗传分析表明，BZR1介导的植物幼苗转绿需要PIFs。进一步研究发现，BZR1和PIFs协同诱导生长调节因子GRF7和GRF8的表达。BZR1、PIF4和GRF7彼此相互作用，协同调控编码叶绿素生物合成关键酶基因的表达，进而促进植物黄化幼苗转绿。综上，该研究结果揭示了BRs在拟南芥幼苗去黄化过程中的重要作用，为解析植物黄化幼苗见光后早期光形态建成的分子机制提供了新的见解。（The Plant Cell）

揭示全球气候变化下植物耐热性的变化规律

随着全球气候变化的逐步加剧，不同群体和生物群落之间温度耐受性出现差异。近日，科学家通过对已发表的70项研究中的1732个植物耐热性数据进行的一项荟萃分析，测试了植物的热宏观生理模式和过程。该研究发现许多动物中已经得到的模型也同样适用于植物，此外，该研究还发现植物的耐热性会随纬度升高而降低，而耐寒性呈现出随纬度升高而增强的趋势，这种变化受到南/北半球和植物驯化状态等因素的影响。该研究还进一步分析了生态、进化和生物地理因素在这些模型构建中的重要性，表明这三个过程均会影响植物的耐热性和耐寒性，但是相对贡献不同。该研究最后还强调，所有植物，尤其是处于中高纬度地区和未驯化的植物，都将越来越容易受到持续的气候变化的影响。总的来讲，该研究通过荟萃分析的方法揭示了植物耐寒性和耐热性如何以及为何在全球范围内发生变化，这对全球变化背景下的植物适应性规律及相关研究具有十分重要的启示。（PNAS）

揭示ABA调控种子萌发的新机制！

ABA作为重要的植物激素，在种子萌发过程中起着至关重要的作用。近日，科学家研究发现了ABA受体PYR1/PYL/RCAR（PYLs）在种子萌发过程中的表达调控机制，并揭示了ABA信号下游转录因子ABI5反馈调节PYLs基因表达参与种子萌发调控的新机制。该研究发现种子萌发过程中，14个PYLs基因中的11个表达发生了显著变化，并受外源ABA影响。其中，PYL11和PYL12在成熟种子中特异性表达，它们正向调控ABA介导的种子萌发。作为调控ABA信号响应基因表达的转录因子ABI5参与了PYL11和PYL12介导的种子萌发调控。在ABI5功能缺失突变体中，过表达PYL11和PYL12导致的ABA超敏感表型被全部或部分抑制。另一方面，ABI5可以通过与PYL11和PYL12的启动子直接结合来调节其表达。此外，在abi5突变体的萌发过程中，其他8个PYLs基因的表达也受到影响。该研究结果明确了PYL11和PYL12在种子萌发中的作用，揭示了种子萌发中ABA信号存在着PYL-ABI5-PYL的反馈调节机制。（New Phytologist）

植物应对光和热双重胁迫的系统性响应机制

极端的环境胁迫如高温、干旱和盐害等会对植物的生长发育和最终生产力产生不利影响，并改变整个生态系统的平衡。近日，研究人员通过对拟南芥相同或不同叶片上光和热复合胁迫引起的局部和系统响应的研究，揭示了植物适应不同类型复合胁迫的机制。该研究表明，植物可以整合光和热两种不同胁迫所引起的系统性信号，并且处理叶片的反应组分与系统性叶片不同，同时这种响应受到胁迫发生方式的影响。进一步研究表明，经受不同胁迫的两个叶片可以通过特定的信号传导互相影响另一叶片的基因表达方式。该研究还在叶片气孔开闭、ROS信号以及水杨酸等的响应中发现了同样的结果。总之，该研究表明植物可以整合来自不同胁迫的系统信号，但是对来自同一部位或不同部位的不同胁迫的适应效率及响应程度上存在差异。植物可以借此提高其在复杂多变环境下的存活率，但是未来还需要进一步开展植物非生物胁迫期间系统信号整合相关的工作。（PNAS）

揭示植物表皮蜡质合成调控新机制

蜡质在抑制植物水分非气孔性散失、保护植物免受病虫害入侵、紫外线辐射等方面起着重要作用。近日，研究人员克隆到一个蜡质合成相关基因CER16，并揭示了其调控植物表皮蜡质合成的机制。该研究以拟南芥蜡质相关突变体cer16为研究材料，图位克隆了其突变基因并进行了深入功能解析。研究发现CER16编码一个未知蛋白AT5G44150，不含任何已知的结构域或motif，且进化分析发现该家族蛋白为陆生植物特有，以单拷贝形式存在。RNA-seq组学分析发现，CER16的突变引起了蜡质合成途径中关键基因 CER3 表达显著下调，但cer16中过表达CER3却出现了转录后基因沉默现象（Post-Transcriptional Gene Silencing, PTGS），不能恢复其蜡质缺失表型。进一步研究发现cer16中靶向CER3的siRNAs表达水平急剧升高，并且利用CRISPR-Cas9敲除siRNAs合成关键基因RDR1或RDR6都能恢复cer16中CER3的表达水平和蜡质缺失表型。这些研究结果表明，CER16的功能缺失触发了siRNAs介导的CER3基因PTGS过程，与之前报道的cer7突变体表型非常相似，暗示CER16可能参与了CER7依赖的exosome介导RNA质量控制途径来调控CER3的表达。 （Plant Physiology）

揭示叶片衰老和花器脱落的调控新机制

叶片衰老是一个高度复杂的发育过程，受到多层次严格调控，目前已知脱落酸(ABA)和活性氧(ROS)会导致叶片衰老加快。近日，科学家研究揭示了DOF转录因子家族成员CDF4调控ABA合成和活性氧积累加快叶片衰老进程和花器脱落的新机制。通过系统地筛选叶片衰老相关的转录因子发现DOF转录因子家族成员CDF4正调控叶片衰老进程。CDF4组成型和诱导型过表达都会加速叶片衰老，而抑制CDF4表达则延缓叶片衰老。进一步研究表明CDF4通过上调ABA生物合成基因9-cis-环氧类胡萝卜素双加氧酶2,3 (NCED2,3)的转录来增加内源性ABA，同时下调过氧化氢酶(CAT2) 基因的表达来抑制体内活性氧的清除。研究还发现，CDF4可以通过激活多聚半乳糖醛酸酶(PGAZAT)基因表达加快花器官脱落进程。基于以上结果，研究团队提出了一个包含CDF4、ABA和ROS的三重正向反馈调控模型，这一调控模型揭示了在叶片衰老过程中CDF4基因在连接上游激素和年龄信号到下游ABA和H2O2响应的新分子机制。该研究丰富了人们对转录水平上调控叶片衰老进程的认识。（EMBO Reports）

（来源：基因农业网）