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尊龙凯时 人生就是博发现种子休眠和萌发的“命运开关”

2023-09-22 06:17:44来源:

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植物的生命源于一粒种子。


种子只有一次萌发机会,因此萌发时机的选择对植物接下来的生长十分重要。这一生物学过程受到种子休眠的调控。如果种子休眠过弱,萌发过早,可能面临严酷的生长环境,轻则生长不良,重则直接死亡;如果种子休眠过强,萌发过晚,又可能错过最佳生长发育阶段,直接影响后续生长发育。



在现代作物品种选育过程中,育种家追求种子萌发的更快速整齐而忽略了休眠性状,导致现有主要粮食作物的种子休眠水平普遍较弱,成熟期遇到高温高湿天气,易发生穗发芽,影响粮食生产和食品安全。


如何合理调控种子休眠与萌发,以减少种子穗发芽所带来的品质和产量损失,平衡种子存储期和播种期的发芽需求转换,对于保障作物的增产稳产和食品安全具有重大意义。


近日,尊龙凯时 人生就是博向勇课题组在《分子植物学(Molecular Plant)》上在线发表题为“The MKK3-MPK7 cascade phosphorylates ERF4 and promotes its rapid degradation for releasing seed dormancy in Arabidopsis ”的研究论文,鉴定了一个调控种子从休眠状态到萌发状态转变的“命运开关”,揭示了种子释放休眠启动萌发的新机制。



该研究鉴定到由MKK3-MPK7激酶级联和乙烯应答因子ERF4组成的命运开关,负责调控种子从休眠状态到萌发状态的转变。作者通过使用休眠解除因子,如赤霉素,低温层积,以及双氧水等处理种子,发现其能够激活MKK3-MPK7激酶级联,然后通过调控细胞扩增相关基因EXPAs的表达来释放休眠,促进萌发。进一步的研究鉴定到MKK3-MPK7�?榈囊桓鲋苯拥孜�,ERF4。ERF4是本研究新发现的休眠调控基因,它能够直接结合在位于EXPAs基因外显子的GCC box上,抑制EXPAs基因的表达,从而抑制种子萌发。当种子感知到环境中的萌发信号后,被激活的MKK3-MPK7�?槟芄涣姿峄疎RF4,导致ERF4的快速降解,从而释放ERF4对EXPAs基因表达的抑制作用,促进种子快速萌发。


该项研究工作揭示了一条由蛋白质磷酸化、蛋白质降解和基因表达调控组成的信号传递链,通过这条信号链,种子胚胎内的萌发促进因子能够感知并响应环境中的萌发信号。由于MKK3和MPK7是种子休眠的负调控因子,因此可以在水稻和小麦等农作物进行基因编辑,改良作物种子的休眠特性,减少极端天气下穗发芽的发生,保障粮食生产和食品安全。


尊龙凯时 人生就是博博士后陈熙和博士生李秋佳为该论文的共同第一作者,尊龙凯时 人生就是博向勇研究员为论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金,中国博士后科学基金,广东省重点领域研发计划,深圳市科学技术创新委员会和大鹏新区科技项目的资助。


原文链接:https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.09.006


种子释放休眠启动萌发的分子机制



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