由兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞所組成的氣孔是植物與外界環(huán)境進(jìn)行水分和氣體交換的重要通道，同時(shí)也是病原菌入侵植物的天然通道。遇到病原菌侵害時(shí)，植物會主動(dòng)關(guān)閉氣孔以阻止病原菌的入侵。為了打破植物的這種防御機(jī)制，病原菌產(chǎn)生冠菌素（COR），使氣孔重新開張，以促進(jìn)其順利進(jìn)入植物體內(nèi)。一般認(rèn)為，植物激素脫落酸（ABA）在病原菌誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉過程中起核心調(diào)控作用，而茉莉酸（JA）則在COR介導(dǎo)的氣孔重新開張中起重要調(diào)控作用。但人們對ABA調(diào)控氣孔關(guān)閉和JA調(diào)控氣孔開張的分子機(jī)制所知甚少。
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李傳友實(shí)驗(yàn)室最近的研究發(fā)現(xiàn)，番茄中兩個(gè)高度同源的NAC類轉(zhuǎn)錄因子，LeJA2和LeJA2L，分別在ABA介導(dǎo)的氣孔關(guān)閉和JA/COR介導(dǎo)的氣孔重新開張中發(fā)揮調(diào)控功能。盡管LeJA2和LeJA2L氨基酸序列的一致性高達(dá)66%，但二者的表達(dá)模式迥異：LeJA2特異性地受ABA誘導(dǎo)，而LeJA2L則特異性地受JA/COR誘導(dǎo)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，作為番茄中同源性最高的兩個(gè)NAC類轉(zhuǎn)錄因子，LeJA2和LeJA2L的功能發(fā)生了明顯的分化。LeJA2是ABA信號途徑的正向調(diào)控元件，通過直接調(diào)控ABA合成基因LeNCED1的表達(dá)而上調(diào)ABA積累，進(jìn)而引發(fā)氣孔關(guān)閉。而LeJA2L則是茉莉酸信號途徑的正向調(diào)控元件，通過抑制水楊酸的積累參與氣孔的重新開張。因而當(dāng)遇到病原菌侵害時(shí)，在番茄與病原菌的互作過程中，番茄利用LeJA2的功能關(guān)閉氣孔而防御病原菌入侵；而病原菌則“綁架”了LeJA2L的功能使關(guān)閉的氣孔重新張開。這一發(fā)現(xiàn)對于人們深入理解植物--病原菌互作機(jī)理以及植物--病原菌共進(jìn)化過程具有重要意義。
該研究結(jié)果已于2014年7月8日在線發(fā)表于The Plant Cell (DOI:10.1105/tpc.114.128272)。李傳友實(shí)驗(yàn)室的博士后杜敏敏是該論文的共同第一作者。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金委的資助。
植物--病原菌互作過程中LeJA2和LeJA2L調(diào)控番茄氣孔關(guān)閉和重新張開的作用模型
