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独角金内酯（SLs）是植物发育和环境反应所必需的激素。SL感知需要形成由SL受体DWARF14（D14）、F-box蛋白D3和转录抑制因子D53组成的复合物，触发D53的泛素化和降解，激活信号转导。然而，SL感知的机制及其对植物结构和环境反应的影响仍然是难以捉摸和有争议的。
2024年11月4日，中国科学院遗传与发育生物学研究所王冰团队在Cell杂志在线发表了题为“Regulatory mechanisms of strigolactone perception in rice”的研究论文，该研究揭示了水稻独角金内酯感知的调控机制。
研究人员报道了AtD14-D3-ASK1复合物界面的关键残基对SL感知的激活至关重要，发现D3-CTH基序的过表达负调控SL感知以增强分蘖，并揭示了磷酸化和N端紊乱（NTD）结构域在介导D14泛素化和降解中的重要性。重要的是，低氮促进D14的磷酸化和稳定，从而抑制水稻分蘖。这些发现揭示了SL感知的激活、终止和调节的全景，它决定了复杂环境中植物结构的可塑性。
独角金内酯 （SLs）是一类萜类衍生的植物激素，对茎枝分枝、茎伸长、次生生长、根系发育以及对低磷、低氮等环境胁迫的适应等多种生物过程至关重要。SLs还具有刺激寄生植物寄生和与丛枝菌根真菌共生的根际信号的特征。由β-胡萝卜素顺式反式异构酶DWARF27 （D27）、类胡萝卜素裂解双加氧酶7 （CCD7）、CCD8.1、CCD8.1依次催化合成全反式β-胡萝卜素-内酯（CL）SLs， 不同物种的催化反应不同。利用水稻、拟南芥、豌豆（Pisum sativum）和矮牵牛（petunia hybrida）中的SL不敏感突变体，已经确定了参与SL感知和信号传导的关键成分。α/β水解酶DWARF14 （D14）及其同源物是SL受体，以SL依赖的方式与F-box蛋白D3/MAX2和转录抑制因子D53/抑制因子MAX2-like 6,7,8 （SMXL 6,7,8）相互作用，从而触发D53/SMXL6,7,8的泛素化和降解以及下游转录事件。SL感知机制围绕着受体复合物的形成和抑制蛋白的降解。植物细胞如何感知SL信号仍然是一个重要的问题。氮肥和磷肥是提高农业生产力的重要动力施氮磷能显著促进作物分蘖数，植物激素在分蘖对肥料的响应中起重要作用。OsTCP19是水稻分蘖对氮响应的关键调节因子，通过直接激活矮秆和低分蘖（DLT）转录，介导油菜素内酯信号传导，促进分蘖芽生长氮诱导的转录因子。氮介导的分蘖生长反应5（NGR5）被赤霉素受体靶向，通过蛋白酶体破坏，从而通过染色质调节对氮的分蘖反应。在拟南芥和水稻中，生长素的生物合成、信号传导和极性运输也参与了氮增强分支和氮利用效率的调节。水稻独脚金内酯信号感受及其在低氮中的作用模型（图源自Cell）重要的是，低氮和低磷环境显著促进SL的生物合成并抑制植物的分枝。转录因子结瘤信号通路1 （NSP1）、NSP2、磷酸盐饥饿反应2 （PHR2）结合并激活SL生物合成基因的转录，触发下游SL感知和信号传导，抑制低磷条件下水稻分蘖发育。氮素限制诱导水稻D53和DELLA蛋白降解，激活氮素应答基因的转录。但是氮信号是否以及如何直接调节D14的功能仍然是一个谜。在此，研究人员系统地分析了D14残基在水稻SL感知的激活、调控和终止中的作用。遗传和生化分析表明，AtD14D3-ASK1复合物对于SL感知的激活是不可或缺的。SL诱导水稻D14的泛素化和降解需要与D3直接相互作用，并受其磷酸化和N端紊乱（NTD）结构域的调控。LN增强D14磷酸化，抑制D14降解，在水稻分蘖响应中发挥重要作用，为复杂环境因素与动态植物发育之间的分子联系提供了更深入的见解。该研究结果揭示了水稻SL感知的多层调控机制，并为长期争论的SL感知问题及其在植物发育中的作用提供了全面的见解。中国科学院遗传与发育生物学研究所博士后胡庆亮为该论文的第一作者，王冰研究员为通讯作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士对本研究进行了重要指导。中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员、汪迎春研究员、黄夏禾博士，植物激素平台褚金芳、辛培勇和闫吉军博士，中国科学院遗传与发育生物学研究所/山东农业大学王永红教授，崖州湾国家实验室青年科学家桑大军等参与了本研究。
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(24)01157-7![]()
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