PBJ | 水稻特异性基因JAUP1调节茉莉酸生物合成和信号传导，促进根系发育和多重胁迫耐受性

气候变化正在使天气模式变得更加极端，加剧了已经趋于稳定的全球作物生产力。全球农作物产量损失的一半可能是由环境压力造成的，并且由于多因素压力组合，这种情况正在恶化。了解不利环境如何影响植物生长并制定提高作物抵御环境胁迫能力的策略不仅是基础科学工作，而且对农业生产和粮食安全也至关重要。

茉莉酸 (JA) 在促进植物防御非生物胁迫方面发挥着重要作用。JA及其甲酯(MeJA)和异亮氨酸缀合物(JA-Ile)是亚麻酸衍生物，统称为JAs。JAs 调节植物生长发育、次生代谢、免疫和对环境挑战的反应。在正常低 JA 或 JA 缺失条件下，茉莉酸锌指花序分生组织 (ZIM) 结构域 (JAZ) 蛋白结合并抑制调节下游 JA 响应基因的几种转录因子的活性。在应激刺激或发育过程中，内源性 JA-Ile 积累并与 JAZ 和 Coronatine Insensitive 1（COI1，一种 F-box 蛋白）结合，从而促进 SCF COI1 -JA-Ile-JAZ 共受体复合物的形成，导致 JAZ 降解和转录因子激活，诱导参与生物和非生物胁迫防御和植物发育的基因。

植物根系结构对于水和养分的吸收、固定、土壤中微生物的相互作用以及非生物胁迫耐受性和产量至关重要。根系结构也深刻影响植物水分限制的适应能力，大多数耐旱水稻品种比干旱敏感品种具有更深、更粗和更多分枝的根系。谷物形成复杂的根系，包括胚胎种子根 (SR)、芽/节生冠根 (CR) 以及源自 SR 和 CR 的侧根 (LR)。在水稻中，CR 构成了整个根系的框架，而 LR 则占整个根系的很大一部分，负责水分和养分的吸收。因此，了解调节 LR 发育的机制具有重要的农艺意义。

几种激素共同调节 LR 发育，然而，生长素、JA 和 ABA 信号串扰调节 LR 发育的详细机制仍不清楚。2024年1月9日，国际著名杂志Plant Biotechnology Journal 在线发表了一篇题为“A newly evolved rice-specific gene JAUP1 regulates jasmonate biosynthesis and signalling to promote root development and multi-stress tolerance”的研究论文。文章发现了一个水稻新进化的JA 上调蛋白 1 基因 ( JAUP1 )，JAUP1通过调节茉莉酸生物合成和信号传导，促进根系发育和多重胁迫耐受性。

作者首先发现JAUP1是水稻中一个新进化的基因，仅存在于具有AA和BB基因组的稻种中。JAUP1调节自我延续的前馈循环，以激活参与 JA 生物合成和信号传导的基因表达，从而赋予对非生物胁迫的耐受性并调节生长素依赖性根部发育。JAUP1的异位表达减轻脱落酸和盐介导的侧根 (LR) 生长抑制。

JAUP1主要在根冠和表皮细胞 (EPC) 中表达，保护分生干细胞和新生的 LR。伤口激活的 JA/JAUP1 信号传导促进 LR 根冠和亲本根 EPC 之间的串扰，并诱导覆盖新生 LR 的 EPC 细胞壁重塑，从而促进 LR 的出现，即使在 ABA 抑制条件下也是如此。最后，作者证明了转基因水稻或天然水稻品种中JAUP1的表达升高可增强非生物胁迫耐受性并减少有限供水条件下的谷物产量损失。

综上所述，作者揭示了伤口诱导的 JA 在非生物胁迫下 LR 发育中迄今为止未被认识到的作用，并表明JAUP1可用于生物技术，并作为分子标记来育种适应极端环境挑战的水稻和保护水资源。

原文链接：

https://doi.org/10.1111/pbi.14276

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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