Nature Plants | 中科院植生所徐麟研究组揭示植物再生的伤口信号转导机制
植物再生 (plant regeneration) 是植物对受损部位进行自我修复或替代的过程。再生是植物应对复杂生长环境的重要策略，对植物的生存至关重要【1,2】。受损的离体枝条或叶片掉落后，在合适的条件下能够在伤口处快速再生不定根，从而继续生存下去。在农业生产实践中，植物再生能力也被广泛应用，例如扦插和嫁接技术，都是基于植物的再生能力而发展起来的【3】。“受伤”是引发再生的重要原因，但目前我们对伤口信号如何控制再生仍然知之甚少。
2019年4月22日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所徐麟研究组在Nature Plants杂志在线发表了题为Jasmonate-mediated wound signalling promotes plant regeneration的研究论文，揭示了茉莉素介导的伤口信号途径促进植物再生的分子机制【4】。
拟南芥离体叶片可以在伤口处自发再生不定根，是研究伤口信号转导的有效再生体系【5】。在这项最新的研究中，徐麟团队发现，在伤口产生前，生长素合成通路重要基因ASA1（ANTHRANILATE SYNTHASE α1）的座位上被表观因子SDG8（SET DOMAIN GROUP8）进行组蛋白H3K36位点甲基化修饰，使ASA1处于“待命”状态。伤口产生10分钟内，叶片快速积累茉莉素，并在2小时内开启“茉莉素-ERF109-ASA1”分子通路【6,7】。ASA1被ERF109转录因子的快速激活依赖于组蛋白H3K36位点甲基化修饰。因此，茉莉素作为一个脉冲式的伤口激素，通过一系列分子信号转导促进了叶片中生长素的积累; 而高浓度生长素可以促进伤口处干细胞命运转变，形成根原基并发育成为不定根。
同样，茉莉素脉冲信号的关闭也很重要，过强的伤口信号会抑制根再生过程。该研究发现，产生伤口2小时后，茉莉素在离体叶片中消失，这导致JAZ（JASMONATE-ZIM-DOMAIN）蛋白积累并与ERF109（ETHYLENE RESPONSE FACTOR109）蛋白形成复合体，抑制ERF109的转录因子活性，从而关闭了伤口信号转导。
综上，该研究阐释了一条由茉莉素介导的伤口信号转导途径促进植物再生的分子机制，研究结果加深了我们对植物再生伤口信号转导的认识，同时也为改进植物再生技术（如扦插、嫁接等）提供了新的线索。
张贵芳、赵飞和陈吕琴为论文并列第一作者，徐麟为通讯作者。这项研究由中国科学院分子植物科学卓越创新中心/上海植物生理生态研究所徐麟研究组和张一婧研究组、南通大学孙利军团队和鲍宁团队、美国佐治亚大学杨黎团队以及中科院上海有机化学研究所邱早早等合作完成。
徐麟博士现为中国科学院分子植物科学卓越创新中心/上海植物生理生态研究所研究员，国家自然科学基金委员会优秀青年科学基金项目获得者。徐麟研究组主要从事植物再生过程中的伤口信号；植物再生过程中控制干细胞命运转变的机制以及植物干细胞的演化历程等方面的研究。相关研究成果发表在Curr. Opin. Plant Biol., Nature Plants, Development, Regeneration等期刊上。
参考文献
1. Xu L, Huang H. Genetic and epigenetic controls of plant regeneration. Curr Top Dev Biol,2014,108:1-33
2. Ikeuchi M. et al. Plant regeneration:Cellular origins and molecular mechanisms. Development, 2016,143:1442-1451
3. Sussex I M. The scientific roots of modern plant biotechnology. Plant Cell, 2008,20:1189-1198
4.Zhang et al. Jasmonate-mediated wound signalling promotes plant regeneration. Nature Plants, 2019, doi: 10.1038/s41477-019-0408-x
5.Xu, L. De novo root regeneration from leaf explants: wounding, auxin, and cell fate transition. Curr. Opin. Plant Biol., 2018,41, 39–45
6. Sun, J. et al. Arabidopsis ASA1 is important for jasmonate-mediated regulation of auxin biosynthesis and transport during lateral root formation. Plant Cell, 2009, 21, 1495–1511
7. Cai, X. T. et al. Arabidopsis ERF109 mediates cross-talk between jasmonic acid and auxin biosynthesis during lateral root formation. Nat. Commun., 2014, 5, 5833
https://doi.org/10.1038/s41477-019-0408-x
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