Advanced Science雜志在線發(fā)表了來自中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳曉亞研究組和黃金泉團(tuán)隊的最新研究成果。該研究論文題為《Regulation of Glandular Size and Phytoalexin Biosynthesis by a Negative Feedback Loop in Cotton》，深入探討了棉花中VQ蛋白JAVL和MYC-like蛋白GoPGF之間形成的負(fù)反饋回路如何調(diào)節(jié)棉花色素腺體大小和天然產(chǎn)物的生物合成。

 

在自然界中，植物為了抵御病蟲害的威脅，演化出了各種防御結(jié)構(gòu)。在棉花這一重要經(jīng)濟(jì)作物中，色素腺體作為關(guān)鍵的分泌腔類防御結(jié)構(gòu)，廣泛分布在棉花的莖、葉、花和種子等器官中。這些腺體是棉花主要次生代謝產(chǎn)物的貯存“倉庫”，包含了多種具有防御作用的揮發(fā)性和非揮發(fā)性萜類化合物。盡管已知有基因與色素腺體發(fā)育相關(guān)，但關(guān)于其精確調(diào)節(jié)機(jī)制的研究仍較少。

 

此次研究發(fā)現(xiàn)，棉花中的VQ蛋白JAVL與MYC2-like轉(zhuǎn)錄因子GoPGF之間存在著一個負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。GoPGF能夠激活JAVL的轉(zhuǎn)錄，而JAVL反過來抑制GoPGF的轉(zhuǎn)錄。這種負(fù)反饋回路確保了兩者表達(dá)量的平衡，進(jìn)而控制了色素腺體的大小和次生代謝化合物的含量。此外，JAVL還能抑制茉莉素生物合成途徑的關(guān)鍵基因AOS的轉(zhuǎn)錄，而GoPGF則能激活A(yù)OS的轉(zhuǎn)錄，并通過與JAVL的相互作用來減弱其激活作用，維持茉莉素含量的穩(wěn)定。

 

研究還揭示了GoPGF和JAVL的比例（G/J）是決定棉花色素腺體大小和植保素類化合物含量的關(guān)鍵因素。在正常情況下，G/J的mRNA和蛋白質(zhì)水平較低，JAVL通過抑制GoPGF和AOS的轉(zhuǎn)錄來維持較低的茉莉素水平、正常的色素腺體大小和防御化合物的基礎(chǔ)水平。然而，當(dāng)G/J比例顯著上升時，JAVL的抑制作用減弱，導(dǎo)致GoPGF和AOS的表達(dá)量上升，從而促進(jìn)茉莉素積累、色素腺體增大和防御化合物增加，使植物具備更強(qiáng)的抗病蟲能力。

 

這項研究不僅為理解棉花色素腺體發(fā)育的調(diào)控機(jī)制提供了新的視角，也為提高棉花的綜合利用價值和增強(qiáng)其對病蟲害的天然抗性提供了新策略。該研究得到了科技創(chuàng)新2030-重大項目、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等多項科研資金的支持。