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植物衰老調(diào)控新機(jī)制研究成果

揭示了模式植物擬南芥WRKY家族轉(zhuǎn)錄因子WRKY75與植物激素水楊酸（SA）以及活性氧（ROS）形成正向促進(jìn)調(diào)控環(huán)，協(xié)同調(diào)控葉片衰老的分子機(jī)制。該研究提出了植物葉片衰老進(jìn)程的晚期具有不可逆性以及分子機(jī)制，加深了對(duì)植物葉片衰老的理解，為通過分子育種延緩植物葉片衰老進(jìn)而提高糧食產(chǎn)量提供了理論依據(jù)。葉片是植物光合作用的主要器官，葉片早衰影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了很大的損失。衰老是葉片發(fā)育的最后階段，是一個(gè)受到嚴(yán)格遺傳調(diào)控的程序化的細(xì)胞死亡的過程。影響葉片衰老的因素諸多，包括葉齡、植物激素、活性氧含量等內(nèi)因以及干旱、極限溫度、生物脅迫和非生物脅迫等外因，因此葉片衰老的過程并不是受某個(gè)單一因素調(diào)控，而是存在一個(gè)非常復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。該研究通過葉片衰老表型分析篩選到一個(gè)葉片延緩衰老的植株WRKY75RNAi，研究發(fā)現(xiàn)，WRKY75RNAi植株表現(xiàn)出明顯的葉片延緩衰老的表型，以及通過CRISPR-Cas9 的方法定向敲除WRKY75基因獲得的wrky75-KO 的植株也表現(xiàn)出葉片晚衰的表型，而組成型過表達(dá)WRKY75則引起葉片過早衰老。進(jìn)一步研究表明，WRKY75基因表達(dá)受到葉片年齡、水楊酸和活性氧的誘導(dǎo)，同時(shí)通過全基因組轉(zhuǎn)錄組分析、基因表達(dá)分析以及基因與蛋白互作分析發(fā)現(xiàn)WRKY75直接促進(jìn)水楊酸合成關(guān)鍵基因SID2的轉(zhuǎn)錄，并且抑制過氧化氫（H 2 O 2 ）的清除基因CAT2的表達(dá)，最終導(dǎo)致水楊酸和過氧化氫的積累。而已知水楊酸和過氧化氫可以互相促進(jìn)，因此WRKY75、水楊酸和過氧化氫三者形成兩兩互相促進(jìn)的調(diào)控環(huán)。在葉片發(fā)育的早期，三者的含量均保持在較低的水平，而隨著葉片年齡逐漸增加，由于正循環(huán)的存在使得三者的含量遞增，直至達(dá)到某一個(gè)閾值后出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的增長(zhǎng)，進(jìn)而推動(dòng)葉片衰老不可逆轉(zhuǎn)地向前推進(jìn)。該正循環(huán)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在分子水平上揭示了WRKY75調(diào)控葉片衰老的分子機(jī)制，解釋了植物衰老晚期具有不可逆性的原因。

南方科技大學(xué) 2021-04-13

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