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植物種子萌發的時間調控機理

  種子萌發是開花植物生活史中的一個關鍵階段,受到植物體內多種信號物質和外界環境因子的精密調控。植物種子只有在適宜的時間和地點萌發,才有可能發育成正常的植株。各種不利環境因子可誘導植物合成脫落酸(Abscisic acidABA)激素,從而抑制種子萌發過程。前人研究表明,ABA激素響應和種子萌發過程涉及一個極其復雜的信號網絡,然而相關的生理反應到底是在什么時間發生的呢?具體的分子機理仍需深入研究。 

  版納植物園熱帶植物資源可持續利用重點實驗室科研人員近期研究發現,ABA激素某些下游響應基因(如EM6EM1)的表達在不同時間點呈現出明顯的差異性,并在黃昏時達到峰值,暗示種子萌發速率可能在黃昏時較。相一致的是,ABA信號途徑中的關鍵轉錄因子ABI5能與生物鐘信號的核心蛋白PRR5PRR7結合形成蛋白復合物。在種子萌發期間ABI5PRR5PRR7PRR9等基因的表達也具有時間節律性,并能夠響應ABA激素。當PRR基因被突變以后,prr5 prr7 prr5 prr7 prr9突變體的種子對ABA敏感性顯著下降,表現為萌發率高;相反的是,當PRR5基因被高表達以后,植物對ABA的敏感性增加,種子萌發率低。遺傳分析發現,PRR5正調控ABA信號轉導過程主要依賴于ABI5PRR5能被ABI5招募到某些下游基因的啟動子區域,并能促進ABI5的轉錄功能,從而激活ABA信號轉導過程。  

  綜上所述,當遇到不利環境因子或ABA濃度升高時,ABA誘導種子萌發期間PRR5PRR7ABI5等基因的表達,并呈現出時間節律性;PRR5PRR7ABI5相結合并促進其轉錄功能,精密調控ABA信號的強度,從而在不同時間點適宜的種子萌發速率。相關研究結果近期以The Arabidopsis circadian clock protein PRR5 interacts with and stimulates ABI5 to modulate abscisic acid signaling during seed germination為題在植物學期刊The Plant Cell上在線發表。

1. PRR5激活ABA信號轉導過程主要依賴于ABI5

2. ABI5PRR互作調控種子萌發期間ABA信號轉導的工作模型

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