近期，南方科技大學(xué)生物系郭紅衛(wèi)教授團(tuán)隊(duì)在The Plant Cell在線發(fā)表了題為Salicylic Acid Suppresses Apical Hook Formation via NPR1-Mediated Repression of EIN3/EIL1 in Arabidopsis的研究論文，揭示了水楊酸調(diào)控植物頂端彎鉤發(fā)育的分子機(jī)制。

自然界中，植物要經(jīng)歷種子萌發(fā)、幼苗出土及其后的幼苗光形態(tài)建成等一系列過(guò)程才能進(jìn)行光合作用的自養(yǎng)過(guò)程。其中，幼苗的成功出土是決定植物生存的重要環(huán)節(jié)。種子萌發(fā)后，破殼而出的幼嫩組織，尤其是將發(fā)育成地上綠色組織部分的頂端分生組織，面臨著來(lái)自周圍土壤環(huán)境的機(jī)械脅迫。如果幼苗不能及時(shí)準(zhǔn)確地應(yīng)對(duì)這種脅迫，幼嫩的頂端分生組織將會(huì)受到損傷，直接影響出土效率和出土后的存活率。大部分的雙子葉植物幼苗在出土過(guò)程中下胚軸頂端兩個(gè)子葉閉合并向下彎曲形成鉤狀結(jié)構(gòu)，即“頂端彎鉤”，這一動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)可有效地保護(hù)幼嫩組織，提高幼苗出土存活率。

郭紅衛(wèi)教授課題組在過(guò)去10多年中一直關(guān)注植物幼苗頂端彎鉤的發(fā)育調(diào)控機(jī)制，多項(xiàng)重要研究成果表明，多種植物激素，如乙烯、生長(zhǎng)素、赤霉素、茉莉酸等都參與到頂端彎鉤的調(diào)控，也說(shuō)明了頂端彎鉤調(diào)控的重要性。

植物激素水楊酸在植物免疫抗病中發(fā)揮著重要作用，而其在植物生長(zhǎng)發(fā)育和非生物脅迫中的功能也逐漸受到重視，但水楊酸在植物幼苗早期的暗形態(tài)建成生長(zhǎng)發(fā)育中的調(diào)控卻少有報(bào)道。該研究發(fā)現(xiàn)，外源水楊酸的施加可抑制擬南芥黃化苗頂端彎鉤的形成，并且這一調(diào)控過(guò)程依賴于乙烯信號(hào)。當(dāng)缺失乙烯通路的兩個(gè)重要轉(zhuǎn)錄因子EIN3和EIL1，水楊酸不再改變彎鉤的形成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，水楊酸信號(hào)通路中重要組分NPR1蛋白也參與到水楊酸介導(dǎo)的頂端彎鉤發(fā)育過(guò)程，NPR1可與EIN3蛋白直接相互作用，通過(guò)抑制EIN3的DNA結(jié)合區(qū)域?qū)ο掠伟袠?biāo)基因啟動(dòng)子的結(jié)合，從而抑制基因表達(dá)，這其中包括頂端彎鉤重要正向調(diào)控因子HLS1的基因表達(dá)。

NPR1對(duì)EIN3的轉(zhuǎn)錄活性抑制調(diào)控具有廣譜性。該研究也通過(guò)轉(zhuǎn)錄組的分析，揭示了NPR1與EIN3/EIL1共同調(diào)控了一系列基因亞集，廣泛參與植物生長(zhǎng)發(fā)育和脅迫響應(yīng)過(guò)程，也暗示了NPR1和EIN3/EIL1的相互作用是整合水楊酸和乙烯信號(hào)通路的重要節(jié)點(diǎn)。

綜上所述，該研究揭示了水楊酸抑制頂端彎鉤形成的機(jī)制，以及幼苗早期形態(tài)建成和其它可能生理過(guò)程中水楊酸和乙烯信號(hào)拮抗調(diào)控的全新機(jī)制。

南方科技大學(xué)生物系訪問(wèn)學(xué)者黃培鑫博士為該文章的第一作者，南方科技大學(xué)生物系講座教授郭紅衛(wèi)為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。