科學家揭示植物激素獨腳金內酯分解代謝機制

　　11月12日，中科院植物研究所研究員胡玉欣團隊在《自然—植物》上發表了最新研究成果，他們發現擬南芥羧酸酯酶家族成員AtCXE15及其直系同源蛋白是一種獨腳金內酯分解代謝的關鍵酶。

　　獨腳金內酯是一類由類胡蘿卜素衍生的植物激素，在調控植物分枝、促進植物與叢枝菌根真菌的共生和誘導根寄生植物種子萌發等方面起著重要作用。獨腳金內酯的代謝及其作用機制是近年來植物發育生物學的重要研究領域之一。以擬南芥、水稻等植物為研究材料，目前已鑒定到超過30種不同結構的獨腳金內酯分子，并且在獨腳金內酯的生物合成、轉運及信號傳導等方面取得了一系列重要進展。然而由于一些獨腳金內酯分子穩定性差且測定困難，植物獨腳金內酯的分解代謝機制仍不清楚。

　　研究人員發現，AtCXE15的表達在根和莖外植體中對生長素呈現出完全相反的反應模式。在擬南芥中過量表達AtCXE15基因能夠顯著增加分枝數目，而這種分枝數目增加是由于體內獨腳金內酯缺乏造成的。

　　通過進一步研究，他們發現AtCXE15能夠結合并在體內外高效水解不同類型的獨腳金內酯分子，此外，AtCXE15在苜蓿、大豆等雙子葉植物，單子葉植物水稻和裸子植物雙子鐵中的直系同源蛋白功能高度保守。

　　有趣的是，與獨腳金內酯合成和信號基因不同，AtCXE15轉錄水平受到獨腳金內酯和多種外界環境信號調控，這暗示了CXE15介導的獨腳金內酯穩態可能是植物整合環境信號和分枝發育的一種機制。

　　該研究揭示了植物獨腳金內酯分解代謝和穩態調控的新機制，為通過時空操縱體內獨腳金內酯分布進而優化作物及觀賞植物株型提供了新的策略。

　　中科院植物研究所助理研究員徐恩君為該論文第一作者，胡玉欣為通訊作者。該研究得到中國科學院戰略性先導專項、國家自然科學基金委的資助。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-021-01011-y