中新网北京11月5日电 (记者 孙自发)植物如何调控生长发育、适应环境变化？由于被《科学》杂志列入人类未知的125个重大科学问题之列，备受学术界关注并持续开展研究。
中国科学院遗传与发育生物学研究所（遗传与发育研究所）青年研究员王兵团队通过合作研究，近期发现了植物激素独脚金内酯的信号传感机制及其在氮素反应中的关键作用，阐明了植物如何通过调节独脚金内酯信号传感通路中的“油门”和“刹车”，可以“智能灵活”地调节不同环境下独脚金内酯信号传感的持续时间和信号强度，从而改变植物的株型。
这篇植物遗传发育领域的重要研究论文于北京时间11月5日凌晨在线发表在国际知名学术期刊《Cell》上。
为什么研究独脚金内酯
论文通讯作者王兵研究员表示，植物经过长期的进化和适应，可以在不同的环境中生长、发育和繁殖。独脚金内酯是近年来发现的一种重要的植物激素，在调节植物分枝（即分蘖）数量这一关键生长发育性状中发挥着关键作用。
独脚金内酯信号感知模型及其在水稻低氮条件下的作用。中国科学院遗传与发育研究所/供图
在独脚金内酯信号转导领域，过去15年的研究发现，α/β水解酶D14及其同源蛋白是独脚金内酯的受体，与D3和D53蛋白相互作用，触发下游信号。转导。
然而，植物细胞如何感知独脚金内酯一直是该研究领域的前沿和难点，科学家们对其信号感知机制存在争议。
如何发现“油门”和“刹车”
为了分析独脚金内酯信号传感的关键机制，研究团队系统分析了D14与D3和D53蛋白相互作用中起重要作用的氨基酸位点，然后基于生化和遗传数据，揭示独脚金内酯含有酯信号传导模型。
在分析独脚金内酯信号激活机制（“节流”）的基础上，研究团队进一步分析了独脚金内酯信号感知的终止机制（“刹车”）。通过巧妙的实验设计，他们发现了高等植物中出现的新机制——D14的泛素化和蛋白质降解依赖于D14和D3之间的直接相互作用，并且需要D14蛋白通过N端无序结构域（NTD）直接与 26S 蛋白酶体相互作用。
王兵指出，D3作为E3连接酶识别底物的亚基，首先促进D53泛素化和降解启动信号转导，然后促进D14泛素化和降解终止信号传感。这就构成了植物细胞内信号转导的一对“油门”和“刹车”，可以精确调节独脚金内酯信号感知的持续时间和信号强度。
本研究还发现D14的NTD结构域可以被磷酸化，抑制D14的泛素化修饰和蛋白质降解，从而调控水稻分蘖的发育。低氮环境增强了D14的磷酸化修饰，从而抑制蛋白质降解，增强独脚金内酯信号感知。结合现有研究成果，研究团队提出，低氮环境一方面通过诱导独脚金内酯合成增强信号感知，另一方面通过促进D14磷酸化增加蛋白质稳定性，从而降低独脚金内酯信号感知。终止。这两种机制协同增强独脚金内酯途径的功能，实现分蘖数的抑制。
研究结果有什么实际意义？
王兵表示，这项研究结果阐明了水稻中独脚金内酯受体D14介导的信号传感激活、调控和终止机制，解决了独脚金内酯信号传感机制存在争议的问题，发现总体上还揭示了一种新的调控机制揭示了D14通过磷酸化调节自身稳定性的新机制，以及该机制在水稻分蘖响应低氮环境中的核心作用。
她认为，通过改变D14的磷酸化状态，可以在不减少分蘖的情况下减少氮肥投入，这对于作物株形的精准改良以及减肥增产水稻新品种的分子设计与选育具有重要的指导意义。 。
《Cell》杂志的三位审稿人均对中国团队的研究成果给予了高度评价：“这项研究利用大量生化和遗传数据，系统分析了独脚金内酯信号传感机制，揭示了信号传感机制。”独脚金内酯信号接收不同模型之间的争议为独脚金内酯信号接收调控机制提供了新的视角。”
后续研究计划是什么？
据中国科学院遗传与发育研究所介绍，王兵团队在植物激素独脚金内酯作用机制、作物株型与环境调控等领域取得了一系列原创性成果。适应性。其系统的研究工作包括作物产量提高和盐碱土合成。利用等提供理论指导和遗传资源。
青年研究员王兵在实验室开展相关研究工作。中国科学院遗传与发育研究所/供图
王兵透露，未来研究团队将进一步解析独脚金内酯在不同环境条件下调节作物发育可塑性、抗逆性和抗病性的功能和机制，希望通过精准靶向改善独脚金内酯的合成、运输和信号传导。 。转导，协同提高作物产量和环境适应性，培育高产、高效、稳产作物。 （超过）
独脚金内酯信号感受水稻
