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我校揭示PTPN介导ABA-AsA互作抗旱新机制

核心提示: 近日,Molecule Plant在线刊发了我校代明球教授课题组题研究论文。该研究揭示了新型核苷酸酶PTPN作为一个关键调控节点介导ABA信号途径与AsA合成途径之间的互作,进而促进植物抗旱的分子机制。

南湖新闻网讯(通讯员 张卉 何能)近日,Molecule Plant在线刊发了我校生命科学技术学院代明球教授课题组题为“Enhanced Vitamin C Production Mediated by an ABA-Induced PTP-Like Nucleotidase Improves Drought Tolerance of Arabidopsis and Maize”的研究论文。该研究揭示了新型核苷酸酶PTPN作为一个关键调控节点介导ABA信号途径与AsA合成途径之间的互作,进而促进植物抗旱的分子机制。

A Working Model of PTPN_看图王

A Working Model of PTPN

植物作为固着生物,在其整个生命周期中均受到来自周围环境的各种胁迫。干旱作为主要的非生物胁迫之一,严重影响植物的正常生长发育。在长期的进化过程中,植物形成了严密且复杂的调控网络来应对干旱胁迫。Abscisic acid(ABA)是影响干旱胁迫应答反应的主要逆境激素。干旱胁迫促进ABA的合成,而ABA作为信号分子促进气孔关闭,进而达到“保水”的目的。另外,干旱胁迫也会导致活性氧 (ROS)的产生,过多的ROS积累会使植物受到氧化伤害。维生素C又名抗坏血酸 (L-ascorbic acid,AsA),是植物中含量最多的抗氧化剂,能够帮助植物清除过量的ROS,进而保护植物免受氧化伤害,提高植物抗逆性。胁迫过程中,ABA信号途径与AsA合成途径如何相互作用来调控植物的抗逆应答迄今未知。

在研究中,作者克隆到一个新型核苷酸酶编码基因PTPN(PTP-Like Nucleotidase)。在玉米和拟南芥中突变PTPN基因降低植物的抗旱性,而超表达PTPN则提高植物的抗旱能力。玉米ZmPTPN及拟南芥AtPTPN能够较特异性地水解GDP/GMP/dGMP/IMP/dIMP等核苷酸,释放Pi;而Pi是抗坏血酸AsA限速合成酶VTC2催化活性所必须的,因此,PTPN通过控制细胞内“Local-Pi”的水平进而有效调控AsA的合成。

研究表明,PTPN通过水解核苷酸来调控植物抗旱的功能是比较保守的。通过酵母单杂、EMSA,Chip-qPCR以及遗传互作等实验证明,PTPN的表达受到ABA信号途径下游关键转录因子HSFA6a的直接调控。考虑到PTPN在植物抗旱中的功能保守性,该基因有作为靶标通过基因工程手段应用于农作物抗旱遗传改良的潜在价值。

我校作物遗传改良国家重点实验室博士研究生张卉、向艳丽为论文共同第一作者,代明球教授为该论文通讯作者。我校严建兵教授、李兴旺教授、张德林副研究员、刘红波老师、吉林省农业科学院刘相国研究员,以及美国Wilkes University的William Terzaghi教授均对该项研究的开展提供了帮助。该研究受到国家重点研发计划(2016YFD0100600)、国家自然科学基金 (31971954)、我校自主创新基金(2662015PY170),以及作物遗传改良国家重点实验室开放课题的资助。

审核人:代明球

论文链接https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.02.005

 

责任编辑:邓文萱
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