近日，上海交通大学生命科学技术学院植物发育生物学研究室在植物学权威期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为《A synthetic biosensor for mapping dynamic responses and spatio‐temporal distribution of jasmonate in rice》的研究论文，首次在水稻中开发了可以实时、快速和可视化观察JA时空分布和动态变化的茉莉酸生物传感器J6V-HM。
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茉莉酸（JA）在调控植物胁迫响应和生长发育中发挥着重要的作用。但是，人们对细胞和组织水平上JA的时空分布和动态变化特征仍然知之甚少。目前，只有法国农科院开发了一套类似生长素传感器DII-VENUS的系统；但该系统使用的35S启动子在作物和生殖发育过程中的表达不理想，而且独立的H2B-RFP内参的遗传构建周期长，极大限制了该传感器在JA研究中的应用。为此，上海交通大学生命科学技术学院植物发育生物学研究室袁政团队开发了一套具有多顺反子特征的新型JA生物器J6V-HM。J6V-HM生物传感器构建包含由玉米Ubiquitin启动子驱动的茉莉素感受元件和核内参元件，其中茉莉素感受元件包括OsJAZ6基因中的Jas序列、荧光蛋白VENUS和HA标签序列；内参元件包括OsH2B.6和荧光蛋白mCherry序列；茉莉酸感受元件和核内参元件之间用蛋白翻译跳跃短肽F2A序列连接，实现通过一次转化事件，同时转录、独立翻译Jas6-VENUS-6HA-F2A蛋白和H2B-mCherry蛋白，通过VENUS和mCherry荧光信号比值推算JA相对量和信号传递变化。此外，研究人员还设计了不响应JA信号的Jas序列突变的mJas，构建mJ6V-HM作为系统负对照。
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通过外源MeJA处理，研究人员发现J6V-HM传感器可以快速响应外源JA信号，并且MG132（26S蛋白降解酶抑制剂）处理能够阻止该响应的发生。证实茉莉素感受元件具有受JA变化诱导、被26S蛋白酶体降解、VENUS荧光信号减弱的特性，进而实现对茉莉素含量和信号响应变化的实时示踪。分析还发现，J6V-HM株系对生长素、乙烯不响应，但对赤霉素信号变化具有一定的反应。
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通过外源损伤和高盐处理、HPLC-QQQMS测定JA含量变化及下游基因表达变化分析等实验，研究人员证明J6V-HM生物传感器能够实时感应逆境信号，其荧光值的强弱与JA含量负相关。![]()
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（高盐处理）
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（损伤处理）
利用J6V-HM株系，研究人员在细胞和组织水平上显示了茉莉酸在根尖中的动态分布，发现水稻根分生区JA含量最低，根冠中JA含量相对较高。最后，研究人员实时观察了开花期水稻花药和花丝中JA的时空分布特征。结果显示，发育早期，花粉母细胞和四分体中JA含量低，而内皮层JA含量相对较高；临近开花，花药各层细胞中JA含量均上升，在S12期达到峰值；花丝中JA含量则随着花药的成熟在S8期到S11期逐渐上升，在S13期达到最高。![]()
这些结果显示，J6V-HM传感器能够实时反映细胞和组织水平上JA的含量及时空分布，为后续其他植物生物传感器的构建提供了新思路，为后期在水稻等作物中进一步研究JA在植物发育和抗逆中的功能提供了新工具。硕士研究生李思齐和博士研究生曹丽春为本文的共同第一作者，上海交通大学生命科学与技术学院袁政教授为通讯作者。该项目获得了国家自然科学基金、杂交水稻国家重点实验室（湖南杂交水稻研究中心）开放课题基金资助以及上海市水稻产业技术体系建设项目经费的支持。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13718
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