
茉莉素是一类新型植物激素,在植物生长发育和防御反应中起重要调控作用。茉莉素调控雄蕊发育、表皮毛形成、根系发育,调节花色素苷等次级代谢,诱导叶片衰老,介导植物对昆虫和病原菌的抗性反应,调控植物对干旱、高温、臭氧和紫外线辐射等逆境的应答反应。谢道昕实验室先前的研究揭示了茉莉素受体COI1通过与ASK1/ASK2、Cullin1、Rbx1互作形成SCFCOI1泛素连接酶复合体降解JAZ蛋白进而介导茉莉素反应(Science 280:1091;Plant Cell 14:1919;Plant Cell 21:2220)。
雄蕊是被子植物的雄性生殖器官,决定着植株繁殖后代的能力,对农业生产至关重要。花色素苷是一种黄酮类次级代谢产物,具有帮助花粉或种子传播、抵抗干旱、紫外线辐射等逆境的功能。表皮毛是植物表皮细胞特化出的细胞,可作为物理屏障抵抗昆虫侵害、作为腺体分泌化学物质传播信息增强植物抗性。但还不清楚JAZ蛋白调控植物雄蕊发育、次级代谢和表皮毛起始的分子机制。

谢道昕实验室于2011年在Plant Cell发表的两篇题为《The Jasmonate-ZIM domain proteins interact with the R2R3-MYB transcription factors MYB21 and MYB24 to affect Jasmonate-regulated stamen development in Arabidopsis》和《The Jasmonate-ZIM-domain proteins interact with the WD-Repeat/bHLH/MYB complexes to regulate Jasmonate-mediated anthocyanin accumulation and trichome initiation in Arabidopsis thaliana》的文章揭示了茉莉素调控雄蕊发育、花色素苷积累和表皮毛产生的分子机制。
宋素胜等研究生以JAZ蛋白为诱饵筛选到转录因子MYB21和MYB24。研究显示JAZ蛋白与转录因子MYB21和MYB24在酵母中和植物体内均存在相互作用。myb21 myb24双突变体的雄蕊与茉莉素受体突变体coi1的雄蕊发育相似:花丝不能正常伸长,花粉囊不能正常开裂,花粉没有活性。适度的MYB21超表达可以部分地恢复coi1的雄蕊发育,但不能恢复coi1的根生长反应、花色素苷积累以及对昆虫的抗性,这表明MYB21和MYB24特异地调控茉莉素介导的雄蕊发育。
齐天从等研究生筛选到JAZ互作的转录因子GL3和MYB75。GL3和MYB75分别属于WD-repeat/bHLH/MYB复合体的bHLH组分和MYB组分。WD-repeat蛋白TTG1与bHLH转录因子(GL3、EGL3和TT8)和MYB转录因子(MYB75、GL1)组成WD-repeat/bHLH/MYB复合体通过调控花色素苷晚期合成酶基因和表皮毛起始基因的表达调控表皮毛的产生。齐天从等研究生发现:JAZ蛋白与WD-repeat/bHLH/MYB复合体的bHLH组分(GL3、EGL3和TT8)和MYB组分(MYB75和GL1)存在相互作用;JAZ可以抑制bHLH与MYB之间的相互作用,进而抑制WD-repeat/bHLH/MYB复合体的转录活性;而施加茉莉素可以解除JAZ对bHLH与MYB之间的互作的抑制作用,进而恢复WD-repeat/bHLH/MYB复合体的转录功能;遗传学研究发现WD-repeat/bHLH/MYB复合体的突变体可以阻断茉莉素诱导的花色素苷积累和表皮毛起始。
上述研究揭示了茉莉素通过蛋白泛素化降解途径降解JAZ蛋白,激活转录因子MYB21/MYB24和转录复合体WD-repeat/bHLH/MYB的功能,进而分别调控雄蕊发育、花色素苷积累和表皮毛起始的分子机理。这些突破性研究进展具有重要的科学意义和潜在的应用前景。