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科技前沿 |【Nat Communi】突破！研究表明植物胚乳是温度感应组织，通过phyB实现种子热抑制

日期： 来源：农业科技前沿与政策咨询收集编辑：Y.L

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种子的休眠和萌发是植物生活周期和繁殖的重要阶段,是由遗传因子以及环境信号(包括温度、水分和光照等)决定的。在所有的环境信号中, 温度是最重要的信号之一, 它能提供季节和局部微环境的信息, 种子能感受低温、高温和变温并产生反应。在作物生产中, 种子萌发对温度的敏感性限制了作物的种植时间和生长季节, 从而直接影响作物的产量。在超最适温度下,种子暴露在高温下变为休眠的现象称为热休眠。然而，非休眠种子在遇到不利条件时（高温），种子萌发继续被抑制，这是一种被称为种子热抑制的适应性特征，是许多冬性一年生或者二年生物种的普遍现象。然而，使种子触发热抑制的传感机制尚不清楚。

近期，国际知名期刊Nature Communications在线发表了一篇题为“The Arabidopsis endosperm is a temperature-sensing tissue that implements seed thermoinhibition through phyB”的研究论文，研究表明胚乳对拟南芥种子热抑制的发生至关重要,证实了胚乳中phyB信号在控制种子萌发到幼苗转变的重要性，进一步揭示了PIFs是胚乳中必不可少的phyB信号成分。
光敏色素(Phytochromes)是拟南芥中的五个光感受器家族(phyA, phyB, phyC, phyD和phyE)。光敏色素的热还原，特别是光敏色素phyB的热还原，被认为是幼苗感知温度的潜在机制。先前的研究表明，在种子胚乳中，远红光导致phyB失活使得胚乳ABA水平和释放增加，从而阻碍种子萌发。然而，光敏色素和胚乳是否在种子热抑制中起作用尚不清楚。通过SCBA和直接ABA测定，研究人员发现在高温下，胚乳通过向胚胎释放ABA类似促进ABA响应因子ABI5的积累，进而阻止胚胎的生长并维持胚胎状态。在胚乳中，高温减少了活性phyB并增加了胚乳ABA的水平和释放。这一过程主要涉及到胚乳DELLA因子和PIFs，特别是PIF1、PIF3和PIF5。在胚胎向幼苗过渡期间，PIF3在胚胎中大量积累，促进幼苗早期生长。高温条件下胚乳ABA抑制胚胎PIF3的积累，说明高温条件下PIF3在胚乳和胚胎中产生相反的生长反应。总之，这些数据与胚乳PIF3发挥不同的基因调节作用的观点是一致的。在这项研究中，作者证明了拟南芥的热抑制依赖于胚乳而不是胚胎，高温降低胚乳phyB信号通路，通过两个平行信号通路促进胚乳ABA的积累和释放，温度驱动的phyB失活在促进热抑制中起着重要作用，而光敏色素的失活则加强了这一作用。
研究发现PIF3确实促进ABA在高温下的积累和释放以促进热抑制。事实上，尽管PIFs促进幼苗的生长，但一些PIFs如PIF1和PIF3会抑制种子中的胚胎生长。如果考虑到PIF抑制萌发的作用反映了它们在胚乳中促进ABA积累和释放的活性，而不是它们在胚胎中促进生长的活性，这就有助于理解关于PIFs如何调节早期幼苗发育的悖论了。此外，胚乳phyB信号通路的研究及其特异性的鉴定有助于未来利用PhyB介导的信号传递途径来控制被子植物的发芽。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36903-4

文章转载自：iPlants



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