
——中科前沿科学技术研究院办院方针
研究发现,在果实的成熟过程中,乙烯的生物合成量迅速上升,而活性茉莉酸JA-Ile的水平急剧下降。
在拟南芥中,Cytochrome P450 94(CYP94)家族的成员通过ω-氧化使JA-Ile失活。其中,AtCYP94B1和AtCYP94B3将活性形式的JA-Ile转化为低活性的12-OH-JA-Ile,而AtCYP94C1则可以进一步将12-OH-JA-Ile转化为无活性的12-COOH-JA-Ile。拟南芥的这三个基因均受机械损伤诱导表达。序列分析结果发现,番茄基因组一共编码3个CYP94B氧化酶(CYP94B1、CYP94B2和CYP94B3)和2个CYP94C氧化酶(CYP94C1和CYP94C2)。有趣的是,与其他成员不同,CYP94C1的表达受成熟强烈诱导,而不受机械损伤诱导。体外酶活试验表明CYP94C1可以将JA-Ile转化为无活性的12-COOH-JA-Ile。而敲除CYP94C1可显著提高成熟果实中的JA-Ile含量,进而提高果实对死体营养型病原菌的抗性。上述结果表明,CYP94C1在果实成熟过程中被特异诱导表达,从而使JA-Ile失活,进而消减茉莉酸介导的抗性反应。
进一步研究发现,乙烯信号途径核心转录因子EIL直接结合到CYP94C1的启动子区,从而激活后者的表达。可见,在果实成熟前,植物利用防御激素茉莉酸来保护发育中的种子。一旦种子成熟,植物就利用成熟激素乙烯来实现“一石二鸟”的作用。一方面,利用乙烯促进品质形成,从而吸引动物取食。另一方面,利用乙烯将活性形式的茉莉酸代谢掉,从而“解除”茉莉酸介导的抗性,使果实更容易受死体营养型病原菌侵害而腐烂。这两方面的作用均有助于种子的传播。
需要强调的是,敲除CYP94C1特异提高了果实对死体营养型病原菌的抗性,而不改变果实的成熟过程,因而对糖含量、酸含量、番茄红素含量和维生素C含量没有影响。因此,该研究不仅揭示了果实成熟过程中抗性降低的分子机理,而且为育种中解决品质与抗性相矛盾的关系、减少采后损失提供了基因靶标和技术手段。
相关研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
EIL靶向激活CYP94C1使JA-Ile失活从而消减茉莉酸介导的抗性
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