类胡萝卜素是植物体内一类重要的萜类光合色素，是捕光天线蛋白的重要组成部分，在植物光合作用中扮演至关重要的角色。同时类胡萝卜素分子结构上包含多个偶联双键极易发生酶或非酶催化的氧化剪切产生脱辅基类胡萝卜素等具有生物活性的小分子物质，这些小分子包括植物激素独角金内酯、脱落酸及近年来鉴定的zaxinone、 anchorene等，在调控植物生长发育及逆境适应等方面具有重要作用 (Jia et al., 2018; Ke et al., 2022)。Anchorene先前被鉴定为一种类胡萝卜素来源的双脱辅基类胡萝卜素，可以调控拟南芥下胚轴与根连接处的锚定根的形成。这一过程与anchorene调控的内源生长素稳态密切相关，但具体的分子机制尚不清楚 (Jia et al., 2019)。生长素是一种重要的植物激素，参与植物生长发育的多个过程，尤其是在植物根的发育过程中发挥重要作用。在植物体内，生长素浓度梯度的建立及稳态的维持是其发挥作用的重要方式，生长素稳态的维持主要通过三种方式进行：生长素合成途径、生长素极性运输及生长素失活途径。生长素的合成主要通常通过TAA/YUC这一经典通路，生长素极性运输依靠生长素运输蛋白PIN、LAX等实现。而生长素的失活途径包含多个酶的参与，其中Ⅱ类GH3家族蛋白主要调控IAA与氨基酸的偶联，是生长素失活途径中的一类关键酶 (Chen et al., 2010; Hayashi et al., 2021; Zhao, 2010)。近日，JIPB在线发表了河南大学苗雨晨教授，贾昆鹏教授和云南大学姜凯教授课题组合作的题为“Anchorene, a Carotenoid-Derived Growth Regulator, Modulates Auxin Homeostasis by Suppressing GH3-Mediated Auxin Conjugation“的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13764)，揭示了类胡萝卜素代谢小分子化合物anchorene通过直接抑制Ⅱ类GH3蛋白家族成员促进生长素的积累来调控植物根的发育。该研究首先全面比较了anchorene与不同生长素的生物活性，anchorene可以诱导多种生长素类似表型，如促进锚定根及侧根的形成，抑制主根的生长，促进向重力性及根毛生长等 (图1)。遗传学与药理学实验结果表明，anchorene可以部分恢复生长素合成抑制剂KYN与PPBo以及生长素合成基因缺失五重突变体yucQ造成的生长素缺乏表型，但无法恢复KYN与PPBo共同处理的生长素缺失表型。暗示anchorene的活性依赖但并不直接作用于TAA/YUC这一生长素经典合成途径。Nalacin之前被鉴定为Ⅱ类GH3蛋白的特异抑制剂 (Xie et al., 2022)。进一步实验表明，nalacin处理材料及Ⅱ类GH3八重缺失突变体Δ8gh3对anchorene处理表现不敏感。代谢物测定显示，anchorene处理显著提高了拟南芥中IAA的水平，同时减少了IAA氨基酸偶联物IAA-Glu与IAA氧化产物OxIAA等生长素失活相关产物的含量，体外结合及酶活实验显示anchorene可以直接结合并抑制Ⅱ类GH3蛋白GH3.17蛋白的活性 (图2)。此外，体外施加anchorene还可以促进拟南芥离体叶片的生根及番茄不定根的产生，暗示anchorene活性的物种保守性及在园艺应用中的潜力。![]()
图1. Anchorene具有多种生长素类似活性
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图2. Anchorene通过直接抑制GH3活性调控生长素稳态
综上，该研究揭示了类胡萝卜素代谢活性分子anchorene通过直接抑制Ⅱ类GH3蛋白来促进生长素积累并影响植物根的发育，该研究对我们研究理解类胡萝卜代谢与植物生长发育调控具有重要意义。
河南大学已毕业硕士柯丹平、博士后李海鹏及西北农林科技大学谢银鹏教授为论文共同第一作者，河南大学贾昆鹏教授、苗雨晨教授及云南大学姜凯教授为共同通讯作者。本研究受到了国家自然科学基金面上项目 (32170271)，河南省优秀青年科学基金 (222300420024) 及三亚崖州湾“菁英人才”科技专项 (SCKJ-JYRC-2022-19) 的资助。
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文章引用：
Ke, D., Xie, Y., Li, H., Hu, L., He, Y., Guo, C., Zhai, Y., Guo, J., Li, K., Chu, Z., et al. (2024). Anchorene, a carotenoid-derived growth regulator, modulates auxin homeostasis by suppressing GH3-mediated auxin conjugation. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13764
JIPB面向全球，刊发整合植物生物学研究的重要创新成果，包括宏观和微观领域有创新性的重要研究论文、综述、简讯、新资源、新技术和评论性文章等。2023年2年SCI_IF: 9.3，位于植物科学TOP 3.2%，SCI的Q1区。2023年Scopus数据库中CiteScore: 18.0，位于植物科学TOP 2%。JIPB位于中国科学院期刊分区生物学大类1区和植物学小类1区，中国科协《植物科学领域高质量期刊分级目录》T1级，并入选中国科技期刊卓越行动计划。
