徐麟研究組揭示扦插中保護根再生的抗逆機制?
扦插是基于離體莖稈或葉片基部再生不定根而實現(xiàn)的,是農(nóng)業(yè)和園藝生產(chǎn)中常用的擴繁技術(shù)。當(dāng)莖稈或葉片離體后,傷口和環(huán)境會帶來脅迫影響,例如失水、滲透脅迫、活性氧爆發(fā)和環(huán)境微生物影響等(Plant Commun. 3:100306,2022)。離體的植物器官如何快速響應(yīng)傷口和脅迫,如何在脅迫環(huán)境中完成不定根再生過程,對于這些科學(xué)問題的解答將有助于我們提高扦插的成功率。
2025年3月13日,中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心徐麟研究組于Cell Reports雜志在線發(fā)表文章 “JA and ABA signaling pathways converge to protect plant regeneration in stress conditions”,揭示了植物扦插過程中保護不定根再生的抗逆機制。
科研人員利用模式植物擬南芥離體葉片再生不定根(葉扦插)體系(Plant Cell 26:1081–1093,2014),將離體葉片放置于含有不同濃度甘露醇的培養(yǎng)基,模擬滲透脅迫。結(jié)果發(fā)現(xiàn),離體葉片能夠耐受低程度滲透脅迫(50 mM甘露醇)和中程度滲透脅迫(200 mM甘露醇)再生出不定根;而無法在極端滲透脅迫(400 mM甘露醇)下再生不定根。這說明,存在一套抗逆機制幫助離體葉片抵御低程度和中程度滲透脅迫,并保障不定根的再生能力。
茉莉素(JA)是一種傷口響應(yīng)激素,在葉片受傷離體后的30分鐘內(nèi)能夠迅速積累達到高水平,其含量在葉片離體的2小時后下降(Nat. Plants 5:491–497,2019);脫落酸(ABA)是一種逆境脅迫響應(yīng)激素,科研人員發(fā)現(xiàn)脫落酸在滲透脅迫下能夠不斷積累在離體葉片中,協(xié)助葉片抵御逆境。在低程度滲透脅迫下,葉片離體后30分鐘到2小時內(nèi),茉莉素信號通路轉(zhuǎn)錄因子基因MYC2和脫落酸信號通路轉(zhuǎn)錄因子基因ABI5的表達被調(diào)動起來。接著MYC2和ABI5形成蛋白復(fù)合體,在2小時左右促進BGLU18的表達。BGLU18能夠?qū)?/span>ABA-葡萄糖基酯催化為具有生物活性的自由態(tài)ABA,提高ABA在葉片中的積累,從而提高離體葉片耐受脅迫的能力。這些研究暗示,茉莉素和脫落酸信號通路協(xié)同工作,通過提高離體葉片中ABA的含量保障逆境下不定根的再生過程。
農(nóng)業(yè)和園藝中常用的扦插技術(shù)是將葉片或者莖稈直接插入土壤中進行根再生,實際應(yīng)用過程中往往面臨著由傷口和土壤等帶來的眾多脅迫因素的考驗。利用該研究發(fā)現(xiàn)的機制,可以對扦插材料先后施加茉莉素和脫落酸,調(diào)動其抵御逆境的能力,保障不定根再生過程。通過先后施加茉莉素和脫落酸,科研人員發(fā)現(xiàn)楊樹扦插的效率明顯提高。
萬啟慧博士為論文第一作者,徐麟研究員為通訊作者。姚瑞楓教授(湖南大學(xué))和趙楊研究員(中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心)也參與了這項研究。研究得到了國家基金委、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院等項目的支持。高通量數(shù)據(jù)可以通過線上工具查詢(http://xulinlab.cemps.ac.cn/)。
論文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.115423
滲透脅迫下的擬南芥葉扦插
?JA和ABA協(xié)同保護根再生的分子模型
先后施加JA和ABA可以促進楊樹扦插中的根再生