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雷公藤内酯醇(SL)是植物发育所需的植物激素。DWARF53 (D53)在SL信号传导中起转录阻遏物的作用。然而，D53在棉花纤维发育中的作用仍不清楚。2024年12月27日，陕西师范大学肖光辉团队在Developmental Cell（IF=10.7）在线发表题为“Strigolactone promotes cotton fiber cell elongation by de-repressing DWARF53 on linolenic acid biosynthesis”的研究论文，该研究表明GhD53通过抑制控制亚麻酸(C18:3)生物合成的GhFAD3基因的转录来抑制纤维伸长。
从机理上讲，GhD53与S1相关转录激活因子(GhSLRF)相互作用，阻止其与ω-3脂肪酸去饱和酶基因(GhFAD3)启动子结合，从而抑制GhFAD3转录。接触SL后，GhD53降解并导致GhSLRF激活。这种激活进一步促进GhFAD3转录、C18:3生物合成和纤维伸长。该研究确定了SL如何通过D53控制细胞伸长的分子机制，并提供了通过SL应用改善棉花品质的潜在策略。
细胞伸长是驱动植物生长的基本细胞过程，对器官发育和生长至关重要。1植物细胞伸长的动态性质包括整个发育过程中的速率和方向的变化，以及对外部环境线索的响应。鉴于其独特的属性，棉纤维是研究植物单细胞伸长的极好模型。此外，陆地棉(Gossypium hirsutum，Gh)纤维作为纺织工业中使用的主要天然原料，具有重要的商业价值。随着人们对棉花基因组知识的不断扩展，通过基因手段增强Gh纤维的特性(如长度、细度和强度)变得越来越可行，而不仅仅依赖于传统的育种方法。植物激素在植物生长、发育和对外界刺激的反应中起着至关重要的作用。其中，strigolactone (SL)在调节植物生长和发育中占有突出的地位。SL对真菌共生、枝分枝、花色素苷积累、根结构、叶发育、花朵大小、植物高度以及对干旱、耐热性、耐冷冻性和磷酸盐缺乏的适应性产生深远的影响。SL的生物合成始于类胡萝卜素途径:类胡萝卜素异构酶Dwarf 27将全反式-β-胡萝卜素转化为9-顺式-β-胡萝卜素。随后，该前体通过类胡萝卜素裂解双加氧酶8转化为香芹内酯。在细胞色素P450的促进下，连续的酶转化导致5-脱氧三醇及其他生物活性SL的产生。机理模式图（图源自Developmental Cell）SL的感知依赖于ɑ/β-水解酶DWARF14，它是启动SL信号级联的开关。这导致了一种复合物的形成，该复合物涉及D3，一种整合到Skp-Cullin-F-box (SCF) E3泛素连接酶的F-box蛋白，以及阻遏物Dwarf 53(D53)。D53与转录因子蛋白发生物理相互作用。SCFD3-D14-D53复合物引发多泛素化和D53的后续降解。这种降解反过来激活特定转录因子的转录活性，从而触发先前被D53抑制的SL反应基因的转录激活，从而促进对SL的生长反应。在这项研究中，研究人员提出了GhD53作为一种抑制因子，抑制SL促进的纤维细胞伸长的证据。该研究在单细胞水平上确定了d53介导的SL信号级联在控制植物发育中的调节机制。总之，该研究不仅加深了人们对植物发育的基础知识，而且为棉花农业和工业提供了切实的利益。它强调了有针对性的遗传干预对提高棉花纤维质量和产量的潜力，有助于棉花部门的可持续性和竞争力。参考消息：
https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(24)00731-7
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