版纳植物园解析植物抗冻害信号分子茉莉酸的功能与机制

西双版纳热带植物园,2013-08-15

在自然界中，植物的生长发育往往受到各种环境胁迫（Stresses）的影响，如盐害、干旱等。温度胁迫是影响植物分布和作物产量的重要环境因子之一。极端低温影响植物生长发育的各个阶段，因此揭示植物如何适应低温胁迫的分子机制，对于应对环境变化对农业生产的影响具有重要的理论和现实意义。目前的研究表明，ICE–CBF/DREB1信号通路在植物抗冷害反应中起十分重要的调控作用，然而该通路上游关键的调控元件仍不清楚。植物激素茉莉酸（Jasmonate）是一类重要的生长调节物质，广泛参与调控植物的各种生理过程，如根的伸长、花色素苷的积累、表皮毛的发育及抗病反应等，但是茉莉酸信号是否参与调控植物非生物逆境抗性反应及相应的分子机制仍有待揭示。

中科院西双版纳热带植物园余迪求研究员领导的植物分子生物学组研究发现，植物激素茉莉酸正调控拟南芥（Arabidopsis thaliana）抗冻害反应（Freezing response）。外源施加茉莉酸显著提高植物的组成型及冷驯化诱导的抗冻能力。相反，阻断植物内源茉莉酸的合成及信号转导，则导致植物对冻害敏感，表现为存活率低及电导率高。与茉莉酸正调控植物抗冻能力相一致的是，低温处理诱导内源茉莉酸合成相关酶的表达，从而提高内源茉莉酸的含量。进一步分析表明，茉莉酸信号途径的抑制子JAZ蛋白能与冷信号途径的关键转录因子ICE1和ICE2相互作用。酵母双杂交实验分析表明，JAZ1蛋白的Jas结构域以及ICE1转录因子的C端结构域介导它们之间的相互作用。JAZ1和JAZ4抑制ICE1的转录功能，从而抑制下游基因CBF3的表达。此外，茉莉酸处理显著提高ICE–CBF/DREB1信号通路中其它冷响应基因的表达。该研究证实植物激素茉莉酸通过控制ICE转录因子的转录功能从而调控ICE–CBF/DREB1信号通路介导的拟南芥抗冻害反应。

相关研究以Jasmonate Regulates the INDUCER OF CBF EXPRESSION–C-REPEAT BINDING FACTOR/DRE BINDING FACTOR1 Cascade and Freezing Tolerance in Arabidopsis为题在植物学期刊The Plant Cell上在线发表。

该研究得到国家自然科学基金(U1202264 and 31171183)、中国科学院基金（KSCX3-EW-N-07）及中科院“135”工程（the CAS 135 program XTBG-F04）的资助。