王国栋研究组发现参与植物赤霉素代谢的新成员

赤霉素（gibberellins，GAs）是一类非常重要的植物激素，参与许多植物生长发育等多个生物学过程。在开花植物中，13-羟化赤霉素（生理活性低，例如GA1）和13-氢赤霉素（生理活性高，例如GA4）经常是同时存在的。到目前为止，人们只是在水稻中鉴定到催化赤霉素13-羟化反应的P450酶（CYP714B1 和CYP714B2），而且CYP714B1 和CYP714B2只是催化GA12的13-羟化，形成GA53 （即13-OH GA12）。然而，其它植物中，包括拟南芥，负责赤霉素13-羟化反应的酶（编码基因）还不清楚。

最近，王国栋研究组在十字花科和豆科植物中功能鉴定了负责赤霉素13-羟化反应的P450酶（属于CYP72A亚家族）。新鉴定的CYP72A酶，不同于水稻中的CYP714B，可以催化多种赤霉素（GA12, GA9 和GA4）的13-羟基化，生成对应的13-OH 赤霉素 （GA53, GA20 和GA1）。进一步的研究发现，拟南芥中的CYP72A9在种子中特异性高表达，cyp72a9突变体种子中内源GA1 几乎检测不到，对应的GA4含量升高1-2倍。生理实验结果表明，CYP72A9通过调控低生理活性的GA1和高生理活性的GA4的比例，实现对种子初级休眠生理过程的调控：cyp72a9突变体种子比野生型表现出萌发更快，而且该生理功能再十字花科植物中保守。通过对各种转基因材料的内源赤霉素分析表明，水稻和拟南芥形成GA1的代谢途径不同：水稻中GA53通过多步氧化反应生成GA1，而在拟南芥中GA4在CYP72A9的作用下直接生成GA1。该项工作不仅是植物赤霉素代谢领域一个新的突破 ，而且也为基因工程改造（结合基因编辑技术）植物赤霉素代谢，进而调控植物（作物）的生长发育过程，提供了新的靶点。

该研究成果于2019年9月16日在线发表于Nature Plants（DOI：10.1038/s41477-019-0544-z）。王国栋研究组贺娟为该文章第一作者。项目实施过程中得到遗传发育所植物激素检测平台的大力支持。该项目获得国家自然科学基金委、科技部重大研发计划项目和植物基因组学国家重点实验室的资助。

Juan He, Qingwen Chen, Peiyong Xin, Jia Yuan, Yihua Ma, Xuemei Wang, Meimei Xu, Jinfang Chu, Reuben J Peters, and Guodong Wang. CYP72A Enzymes Catalyze 13-Hydrolyzation of Gibberellins. Nature Plants. DOI:10.1038/s41477-019-0544-z