一个整合光信号和茉莉酸信号的新蛋白，调控植物庇荫反应和防御反应

来源：BioArt植物

原标题：Nature Plants ：一个整合光信号和茉莉酸信号的新蛋白，调控植物庇荫反应和防御反应

茉莉素 (Jasmonates, JAs) 是一类重要的植物激素，在植物生长发育和胁迫响应中起重要作用。植物受到机械伤害或致病菌攻击时，内源JA水平上升，激活防御反应【1,2】。在庇荫条件下，红光与远红光比值（R:FR）降低，光受体phyB部分失活，诱发植物产生避荫反应综合症，促进生长相关的激素途径并下调JA相关的防御反应【3,4】。庇荫条件下JA信号的下调避免了生长发育与防御反应之间的冲突，对植物的适应性至关重要【5】。尽管这种光介导的生长/防御平衡变化对植物适应和作物产量有重要影响，但植物光受体将光信号传递到JA信号通路的机制仍知之甚少。

近日，来自阿根廷的研究团队在Nature Plants 发表了一篇题为 A light-dependent molecular link between competition cues and defence responses in plants 的研究论文。该研究鉴定到一种磺基转移酶ST2a，该酶可以整合光信号和JA信号调控植物的庇荫反应和防御反应。Nature Plants杂志同期刊发了德国莱布尼茨植物生物化学研究所Claus Wasternack教授撰写的题为Sulfation switch in the shade 评论的评论文章，对该工作进行了解读和点评。

该研究通过转录组分析鉴定到约100个被JA正调控且因phyB失活而上调表达的基因，其中包括一个硫转移酶家族基因ST2a/SOT15。ST2a 能被低R:FR和FR处理诱导表达，这表明这个基因可能参与庇荫信号到JA信号的信息传递。ST2a基因编码一种磺基转移酶，催化活性OH-JA硫化形成非活性JA硫酸盐(HSO4-JA)，这说明ST2a是JA信号的负调控因子。进一步研究发现，光信号途径重要转录因子PIF4可直接结合ST2a启动子，促进其表达。pif4/5/7三突变体中FR处理不能上调ST2a的表达，但损伤诱导的ST2a表达不受影响。然而，损伤诱导的ST2a表达独立于PIF通过MYC转录因子调控。

研究人员进一步通过外源MeJA或FR处理模拟冠层竞争和遮荫条件，并分析植株中JA及其相关代谢物的水平。MeJA处理迅速增加植物内源JA和JA-Ile浓度，其次是OH-JA和OH-JA-Ile，最后是COOH-JA-Ile和HSO4-JA。FR光照显著减少了MeJA诱导的JA-Ile和JA-Ile氧化衍生物水平，却增加了HSO4-JA的水平。同时，FR处理导致的HSO4-JA的增加与ST2a转录水平上升显著正相关。进一步研究发现，FR光照处理减弱了损伤诱导的JA信号，而这种JA信号减弱与HSO4-JA 含量增加有关。而在st2a-1突变体中，JA-Ile及JA-Ile氧化衍生物含量明显高于野生型，而HSO4-JA含量低于野生型。FR对JA信号的削弱效应完全消失。以上结果表明，FR降低了JA-Ile相关的活性JA的含量，而且此过程依赖于ST2a的功能。

与FR处理类似，植物损伤后HSO4-JA的浓度与ST2a mRNA水平之间显著正相关。ST2a过表达导致HSO4-JA含量增加，而OH-JA, JA和JA-Ile氧化衍生物含量减少。st2a-1突变体在正常光照下与野生型相似，在FR处理下表现出正常的庇荫反应。而用MeJA处理时，st2a-1突变体中FR引发的庇荫反应明显小于野生型。总之，这些结果表明，ST2a是拟南芥中唯一催化活性OH-JA产生非活性HSO4-JA的磺基转移酶。在低R: FR条件下，植物通过phyB-PIF模块激活ST2a转录，ST2a促进JA失活，使植物充分发挥庇荫反应，提高竞争力。

The role of ST2a in the JA homeostasis network

总而言之，该研究鉴定到一种璜基转移酶ST2a，通过催化非活性HSO4-JA的形成，减少活性JA前体的数量，将植物光受体感受的光信号传递给激素信号。ST2a所催化的代谢反应为密植条件下植物优先选择避荫而不是防御提供了理论依据。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41477-020-0604-8