【PNAS】为何野火烧不尽?烟雾调节种子萌发的机制被揭示!

发布于 2021-04-07 02:59

存在于野火烟雾中的生物活性分子丁烯酸内酯Karrikinolide（KAR1）具有发芽促进活性。相反，另外一种分子三甲基丁烯内酯（TMB）显示出抑制萌发活性。这些分子具有重要的生态意义，因为当竞争者较少且可获得的资源较多时，KAR1具有调节的种子会发芽。TMB调节的优点是种子在有足够的水可用之前不会发芽。抑制性化合物TMB在充足的降雨量下会被浸出，因此可以防止提前发芽直至条件合适。因此，存在野火烟雾中的生物活性分子KAR1和TMB在调节许多植物物种的种子萌发中起到关键作用。

图. 植物源烟雾的应用和使用方法(KW Dixon,Acta Horticulturae, 2009)

2021年3月29日，PNAS杂志在线发表来来自韩国 Sejong University的Moon-Soo Soh课题组题为“A Raf-like kinase is required for smoke-induced seed dormancy in Arabidopsis thaliana”的研究论文。该研究表明表明TMB通过诱导生理休眠来抑制种子发芽。此外，该研究还通过筛选抗TMB的拟南芥突变体，证明了编码Raf样激酶的TMB RESISTANT1是TMB诱导的种子休眠的关键条件。这些结果表明植物存在烟感通路，该烟感通路参与了高等植物中休眠调节网络。

该研究首先表明TMB的抑制种子萌发的作用归因于增强的生理休眠，这由其他休眠调节信号（如ABA/GA信号转导）调节。此外，基因表达谱分析表明TMB引起了全基因组转录变化，从而改变了一系列与休眠相关的基因的表达。该研究进一步基于拟南芥中TMB响应的生理环境，进行了突变体的筛选，以分离出调节TMB诱导的种子休眠的基因。研究结果鉴定了拟南芥中的TMB-RESISTANT1（TES1）基因，其编码B2基团Raf样激酶。tes1突变体的表型分析表明：TES1在TMB响应基因表达和种子萌发抑制中起关键作用。综上所述，该研究暗示植物已经配备了TMB感受途径，TMB通过该途径以TES1依赖性方式诱导种子休眠。