吴双课题组揭示复合体woolly/SlMYC1在番茄中介导茉莉酸信号调控萜烯类物质合成机制

发布者:周君玲发布时间:2020-09-07浏览次数:209

        表皮毛几乎存在于所有植物的地上部分表皮组织,既可以为植物提供物理防护,又可以通过释放次级代谢为植物提供化学抗性。番茄腺毛类型丰富,可以合成和分泌多种次级代谢物,其中VI型腺毛是萜烯类物质代谢的主要场所。之前已有研究表明,植物的防御激素茉莉酸(JA)可以诱导番茄VI型腺毛的形成以及萜烯类物质合成酶(TPSs)的表达从而增加番茄萜烯类物质的合成,然而关于其分子机制还不清楚。

        表皮毛几乎存在于所有植物的地上部分表皮组织,既可以为植物提供物理防护,又可以通过释放次级代谢为植物提供化学抗性。番茄腺毛类型丰富,可以合成和分泌多种次级代谢物,其中VI型腺毛是萜烯类物质代谢的主要场所。之前已有研究表明,植物的防御激素茉莉酸(JA)可以诱导番茄VI型腺毛的形成以及萜烯类物质合成酶(TPSs)的表达从而增加番茄萜烯类物质的合成,然而关于其分子机制还不清楚。

        近日,福建农林大学吴双课题组在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》(植物科学领域1区杂志, 2019年影响因子为8.15,在农艺与作物学科中排名第一。)在线发表了题为《Mediation of JA signaling in glandular trichomes by the woolly/SlMYC1 regulatory module improves pest resistance in tomato》的研究论文,首次报道了番茄中介导茉莉酸信号调控萜烯类物质合成的关键复合体woolly/SlMYC1,为提高番茄抗虫性提供了新思路。

        本研究鉴定了一个HD-ZIP IV转录因子woolly (wo)的功能缺失等位基因,并分析了其在介导番茄JA信号转导中的作用。研究人员发现敲除wo导致多种类型表皮毛的缺失,包括VI型腺毛显著减少和萜烯类物质含量显著降低。通过转录组等手段分析发现wo可能通过介导茉莉酸信号发挥作用。进一步的研究表明,wo可以与TPSs的启动子结合并招募调控萜烯类物质合成的转录因子SlMYC1来共同激活TPSs基因的表达及萜烯类物质的合成。生化实验表明茉莉酸信号途径中的关键抑制子SlJAZ2可以与wo和SlMYC1竞争性结合,通过抑制woolly/MYC1复合体的形成和SlMYC1的转录激活活性来抑制TPSs基因的表达。因此当植物受到害虫袭击时可以诱导茉莉酸合成,进而茉莉酸通过SCF(COI1)复合体降解SlJAZ2,促使woolly/SlMYC1复合体形成并激活下游TPSs基因的表达及萜烯类物质的合成。超量表达SlMYC1植株中,萜烯类物质合成显著提高,驱虫性及抗虫性显著增强。此外,研究人员通过共聚焦显微镜观察、药物处理等手段还发现,SlMYC1在调控番茄VI型腺毛发育中发挥重要作用且该过程不依赖于茉莉酸。该研究揭示了一种由茉莉酸介导的调控番茄腺毛发育和萜烯类物质代谢进而提高番茄抗虫性的新机制。

图:茉莉酸介导的番茄VI型腺毛发育和代谢的模式图

        博士研究生华兵为该研究第一作者,园艺学院青年教师常江为该研究共同第一作者,中国科学院上海植物生理研究所陈晓亚院士及王凌健教授参与了本项研究工作。该研究获得了国家重点研究开发计划和国家自然科学基金的资助。


本文转载自植物生物技术PBJ