中新社北京11月5日電 （記者 孫自法）植物如何調控生長髮育、適應環境變化？因其被《科學》雜誌列入125個人類未知的重大科學問題，而備受學界關注並持續開展研究。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所青年研究員王冰團隊等通過合作研究，最新發現植物激素獨腳金內酯信號感知機制及其在氮素響應中的關鍵作用，闡明植物如何通過調控獨腳金內酯信號感受途徑中的“油門”和“刹車”，“聰明靈活”地調控不同環境中獨腳金內酯信號感受的持續時間和信號強度，進而改變植物株型。
這一植物遺傳發育領域重要研究成果論文，北京時間11月5日淩晨在國際著名學術期刊《細胞》上線發表。
論文通訊作者王冰研究員介紹說，植物經過長期的演化和適應得以在不同環境中生長發育和繁衍後代。獨腳金內酯是近年來發現的一種重要植物激素，其在調控植物分枝（即分蘖）數目這種生長髮育關鍵性狀中發揮關鍵作用。
為解析獨腳金內酯信號感受的關鍵機制，研究團隊此次通過系統分析D14與D3、D53蛋白相互作用中發揮重要功能的氨基酸位點，進而基於生化和遺傳數據，揭示出獨腳金內酯信號感受模型。
在解析獨腳金內酯信號啟動機制（“油門”）的基礎上，研究團隊進一步分析獨腳金內酯信號感受的終止機制（“刹車”）。他們通過巧妙的實驗設計，發現一種在高等植物中出現的新機制——D14的泛素化和蛋白降解依賴于D14與D3的直接相互作用，並且需要D14蛋白通過N端的無序結構域（NTD）與26S蛋白酶體直接相互作用。
王冰指出，D3作為E3連接酶中識別底物的亞基，首先促使D53泛素化和降解來啟動信號轉導，隨後促使D14發生泛素化和降解來終止信號感受。這就構成了植物細胞中信號傳導的一對“油門”和“刹車”，能精確調控獨腳金內酯信號感受的持續時間和信號強度。
本次研究還發現，D14的NTD結構域可以被磷酸化修飾，抑制D14的泛素化修飾和蛋白降解，進而調控水稻的分蘖發育。
她表示，本項研究成果闡明水稻中由獨腳金內酯受體D14介導的信號感知的激活、調控和終止機制，解決了獨腳金內酯信號感知機制的爭議問題，發現在泛素化修飾和蛋白降解之間新的調控機制，並揭示了D14通過磷酸化調控自身穩定性的新機制，以及該機制在水稻分蘖響應低氮環境中的核心作用。
通過改變D14的磷酸化狀態能够實現降低氮肥投入而不減少分蘖，這對作物株型的精準改良以及減肥增產水稻新品種的分子設計育種具有重要指導意義。
王冰透露，研究團隊未來將深入解析不同環境條件下獨腳金內酯調控作物發育可塑性、耐逆抗病性的功能和機制，有望通過精準定向改良獨腳金內酯的合成、轉運及信號轉導，協同提昇作物的產量和環境適應性，培育高產、高效、穩產作物。（完）
來源中新社
