種子作為開花植物的重要繁殖器官，在植物生命周期中具有生態(tài)適應(yīng)與農(nóng)學(xué)應(yīng)用的雙重功能。種子大小的建成是高度復(fù)雜且精密的生物學(xué)過程，受內(nèi)源遺傳信號和外界環(huán)境因子的協(xié)同控制。深入解析種子大小的調(diào)控機(jī)制，不僅有助于揭示植物適應(yīng)復(fù)雜生態(tài)環(huán)境的分子策略，更將為農(nóng)作物遺傳改良提供理論依據(jù)。茉莉酸(Jasmonate,JA)是一類關(guān)鍵的環(huán)境響應(yīng)激素，廣泛參與植物多種生理過程的調(diào)控。盡管JA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的研究已取得長足進(jìn)展，但在特定組織器官(如種子)或自然環(huán)境條件下，其信號通路的特異性調(diào)控機(jī)制仍待深入研究。

近日，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)植物環(huán)境適應(yīng)性研究組在The Plant Cell期刊上發(fā)表了題為Jasmonate signaling coordinates with the SOD7–KLU pathway to regulate seed size in Arabidopsis thaliana的研究論文，揭示了JA信號負(fù)調(diào)控植物種子大小的新機(jī)制。鑒于該研究在相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)創(chuàng)新意義，The Plant Cell期刊配發(fā)了題為Tiny Seeds,Big Decisions: Jasmonate-mediated regulation of seed size in Arabidopsis via the SOD7–KLU module的評述文章，對該研究進(jìn)行了點(diǎn)評。同行專家認(rèn)為，該研究揭示了JA信號通過精密調(diào)控SOD7–KLU途徑，從而維持種子大小在適宜水平的分子機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)為特定組織器官(如種子)或環(huán)境條件(如高鹽脅迫)下JA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的特異性機(jī)制，以及種子大小形成的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新見解。

與前人研究結(jié)果相一致，該研究證實(shí)COI1–JAZ途徑介導(dǎo)的內(nèi)源JA信號通過母系效應(yīng)負(fù)調(diào)控種子大小。當(dāng)JA信號被阻斷后，相關(guān)突變體或轉(zhuǎn)基因植物(如coi1或JAZ1-ΔJas)的種子均顯著大于野生型種子。JA信號途徑關(guān)鍵基因COI1、JAZ和MYC等在種子發(fā)育過程中(尤其是在珠被細(xì)胞中)強(qiáng)表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，JA能抑制細(xì)胞色素P450家族基因KLU(編碼珠被細(xì)胞增殖誘導(dǎo)因子)的表達(dá)。遺傳分析發(fā)現(xiàn)，KLU突變能顯著抑制coi1的種子大小表型，說明KLU是JA信號負(fù)調(diào)控種子大小所必需的。

蛋白質(zhì)相互作用實(shí)驗(yàn)表明，JA信號途徑的關(guān)鍵抑制子JAZ直接與KLU基因的上游調(diào)控因子SOD7及其同源蛋白DPA4相結(jié)合。遺傳學(xué)分析進(jìn)一步確認(rèn)，SOD7高表達(dá)能抑制coi1突變體的種子大小表型。有趣的是，SOD7還能與JA途徑的核心轉(zhuǎn)錄因子MYC2和MYC4相互作用。遺傳分析和生化機(jī)制研究表明，SOD7和MYC2能相互增強(qiáng)彼此的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能，協(xié)同抑制下游KLU基因的轉(zhuǎn)錄，從而共同抑制種子大小。相反，JAZ蛋白抑制SOD7和MYC2的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能，且與SOD7競爭性結(jié)合MYC2。值得注意的是，JA信號對于SOD7–KLU途徑及種子大小的調(diào)控，在高鹽脅迫條件下也發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，SOD7還能與ABI5轉(zhuǎn)錄因子相互作用，暗示其可能參與種子從發(fā)育到萌發(fā)的全過程調(diào)控。

綜上所述，該研究揭示了SOD7與KLU在JA信號調(diào)控種子大小過程中的關(guān)鍵作用，并進(jìn)一步在分子水平解析了JAZ和MYC通過與SOD7直接互作，協(xié)同調(diào)控SOD7–KLU信號通路，從而精細(xì)控制種子大小的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。該研究不僅為植物種子大小遺傳調(diào)控機(jī)制提供了新的認(rèn)識，也為闡明特定組織器官中(或自然環(huán)境條件下)JA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的特異性機(jī)制提供了重要依據(jù)，對于人們深入理解植物通過整合多信號途徑精密調(diào)控生長發(fā)育及環(huán)境適應(yīng)性的分子策略具有重要的科學(xué)意義。

版納植物園張桔萍博士為該文第一作者，胡彥如研究員和韓笑副研究員為該文通訊作者;密歇根州立大學(xué)Gregg A. Howe教授及湖南大學(xué)姚瑞楓教授在該研究中作出了重要貢獻(xiàn)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

圖1. KLU突變抑制coi1的種子大小表型(Zhang et al., 2025,Plant Cell)