我校代明球教授課題組揭示PTPN介導(dǎo)ABA-AsA互作抗旱新機制
南湖新聞網(wǎng)訊（通訊員 張卉 何能）近日，Molecule Plant在線刊發(fā)了我校生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院代明球教授課題組題為“Enhanced Vitamin C Production Mediated by an ABA-Induced PTP-Like Nucleotidase Improves Drought Tolerance of Arabidopsis and Maize”的研究論文。該研究揭示了新型核苷酸酶PTPN作為一個關(guān)鍵調(diào)控節(jié)點介導(dǎo)ABA信號途徑與AsA合成途徑之間的互作，進而促進植物抗旱的分子機制。
A Working Model of PTPN
植物作為固著生物，在其整個生命周期中均受到來自周圍環(huán)境的各種脅迫。干旱作為主要的非生物脅迫之一，嚴重影響植物的正常生長發(fā)育。在長期的進化過程中，植物形成了嚴密且復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來應(yīng)對干旱脅迫。Abscisic acid(ABA)是影響干旱脅迫應(yīng)答反應(yīng)的主要逆境激素。干旱脅迫促進ABA的合成，而ABA作為信號分子促進氣孔關(guān)閉，進而達到“保水”的目的。另外，干旱脅迫也會導(dǎo)致活性氧 (ROS)的產(chǎn)生，過多的ROS積累會使植物受到氧化傷害。維生素C又名抗壞血酸 (L-ascorbic acid，AsA)，是植物中含量最多的抗氧化劑，能夠幫助植物清除過量的ROS，進而保護植物免受氧化傷害，提高植物抗逆性。脅迫過程中，ABA信號途徑與AsA合成途徑如何相互作用來調(diào)控植物的抗逆應(yīng)答迄今未知。
在研究中，作者克隆到一個新型核苷酸酶編碼基因PTPN(PTP-Like Nucleotidase)。在玉米和擬南芥中突變PTPN基因降低植物的抗旱性，而超表達PTPN則提高植物的抗旱能力。玉米ZmPTPN及擬南芥AtPTPN能夠較特異性地水解GDP/GMP/dGMP/IMP/dIMP等核苷酸，釋放Pi；而Pi是抗壞血酸AsA限速合成酶VTC2催化活性所必須的，因此，PTPN通過控制細胞內(nèi)“Local-Pi”的水平進而有效調(diào)控AsA的合成。
研究表明，PTPN通過水解核苷酸來調(diào)控植物抗旱的功能是比較保守的。通過酵母單雜、EMSA，Chip-qPCR以及遺傳互作等實驗證明，PTPN的表達受到ABA信號途徑下游關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子HSFA6a的直接調(diào)控?？紤]到PTPN在植物抗旱中的功能保守性，該基因有作為靶標通過基因工程手段應(yīng)用于農(nóng)作物抗旱遺傳改良的潛在價值。
我校作物遺傳改良國家重點實驗室博士研究生張卉、向艷麗為論文共同第一作者，代明球教授為該論文通訊作者。我校嚴建兵教授、李興旺教授、張德林副研究員、劉紅波老師、吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院劉相國研究員，以及美國Wilkes University的William Terzaghi教授均對該項研究的開展提供了幫助。該研究受到國家重點研發(fā)計劃(2016YFD0100600)、國家自然科學(xué)基金 (31971954)、我校自主創(chuàng)新基金(2662015PY170)，以及作物遺傳改良國家重點實驗室開放課題的資助。
審核人：代明球
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.02.005
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