PNAS | 烟雾是如何诱导种子休眠的?

发布于 2021-04-05 01:33

近日，韩国世宗大学Sumin Leea和 Moon-Soo Soh等研究学者在PNAS发表了题为A Raf-like kinase is required for smoke-induced seed dormancy in Arabidopsis thaliana的研究论文，揭示了植物中一个感知TMB途径，在该途径中编码Raf-like激酶的TES1基因是TMB诱导种子休眠的关键基因。

种子休眠是植物的一个重要发育特征，可以确保种子在更有利的环境下萌发。植物通过感知和整合各种环境信号调节种子的萌发。低温、光照以及养分等环境因素影响种子的休眠程度，这是种子的初级休眠。而一些不利的条件，例如远红光、高温、盐胁迫和低含水量等环境可以增强拟南芥种子的休眠，抑制种子萌发，称为次级休眠。此外，来自植物、细菌、真菌提取的天然化合物以及烟雾也被证实影响种子的次级休眠。据报道，一种烟雾化合物3,4,5-三甲基呋喃-2(5H)-酮(trimethylbutenolide, TMB) 可以抑制高等植物的种子萌发，但具有的作用机制尚不清楚。

该研究发现，TMB对种子萌发的抑制作用与种子贮藏期成反比。对于刚成熟的种子，TMB几乎完全抑制其萌发；而随着种子贮藏时间增长，其抑制作用减弱 (图1)。进一步发现，TMB的作用是由于其增强了种子的生理休眠，而不是对种子细胞生理或生长起到毒害作用。

另外一种典型的烟雾化合物是丁烯酰胺类化合物（karrikin, KAR)。KAR和TMB具有相似的化学结构（图1），但TMB能够抑制kai2-2和野生型种子的萌发，说明TMB独立于KAR-KAI2信号来抑制种子萌发。

图1 TMB抑制拟南芥种子的萌发

通过转录组分析发现，TMB引起一系列休眠相关基因的表达发了变化。研究人员进一步发现，ABA、GA、盐、甘露醇、低温和晚熟等因素，均可以调控TMB依赖的发芽行为。

为了揭示介导TMB反应的分子机制，研究人员获得了只对TMB特异敏感，对ABA没有响应的tes1-1突变体。Tail-PCR鉴定结果显示，该T-DNA插入的基因为At4g23050，其编码一个Raf-like 激酶。此外，研究人员筛选了该基因的另外一个T-DNA插入突变体，命名为tes1-2。TES1基因的突变严重影响了TMB响应基因的表达。由此可知，TES1在TMB响应基因表达和抑制种子萌发的过程中起关键作用。