Plant Cell | JA调控叶片衰老的新机制

衰老是叶片发育的最后一个步骤。在此过程中，胞内细胞器出现降解、大分子分解，从而使各种营养成分再分配到发育中的组织或储藏器官中【1】。诱导叶片衰老的因素多种多样，已知的众多激素，包括ABA、JA、乙烯、水杨酸、独脚金内酯等对叶片的衰老有促进作用【2】。

在拟南芥中，bHLH转录因子MYC2是JA信号途径中的一个关键蛋白。MYC2能够结合到很多JA响应基因调控区域的G-box元件上，从而起到促进或抑制下游基因的表达【3】。在没有JA存在的条件下，JASMONATE-ZIM-DOMAIN (JAZ)能与MYC2、TOPLESS转录共抑制子和NOVEL INTERACTOR OF JAZ (NINJA)结合，使MYC2失活【4】；而在有JA存在的条件下，JAZ蛋白能与能与SCF E3泛素连接酶形成复合物从而进入蛋白质降解途径【5-6】，释放MYC2，激活JA响应途径。前人研究表明MYC2的表达量受JA的大幅诱导，但其分子机制还不明了。

近日，来自日本东京大学Shuichi Yanagisawa课题组的研究人员发现拟南芥Dof (DNA-binding with one finger)家族成员Dof2.1的表达量受JA的诱导，是JA诱导叶片衰老的正调控因子。一系列实验结果表明其参与的MYC2–Dof2.1–MYC2前馈转录调控是其促进叶片衰老的信号路径。相关的结果以题A Jasmonate-activated MYC2–Dof2.1–MYC2 Transcriptional Loop Promotes Leaf Senescence in Arabidopsis的论文发表在The Plant Cell上。

研究人员首先利用eFP数据对拟南芥Dof家族的24个成员的表达模式进行了比较分析，发现Dof2.1的表达受JA的诱导。通过过Real-time PCR和对携带有启动子驱动GUS报告基因的转基因植株进行分析，表明Dof2.1的启动子能够诱导该基因的表达量在JA处理4小时的时间里增加约8倍。

促进叶片衰老是JA响应的标志之一，JA可促进自然衰老和黑暗条件下的叶片衰老【7,8】。通过比较野生型(WT)、突变体(dof2.1-ko)和超量表达株系(Dof2.1-OX)植株在MeJA处理不同时间的叶片颜色，发现dof2.1突变可延缓衰老，而超量表达可促进衰老（图1）。进一步分析表明，Dof2.1与JA一样，可促进黑暗诱导和年龄依赖的叶片老化。此外，通过对根系发育和创伤响应的比较，发现Dof2.1能够促进依赖于JA的根发育抑制、萌发和创伤响应。这些结果表明Dof2.1可能是JA途径中的关键因子。

图1.不同基因型植株受MeJA处理2天（2 DT）、3天（2 DT）后的叶片颜色

为解析Dof2.1在JA信号通路中的作用机制，研究人员进行了转录组分析。结果表明，在无MeJA条件下，dof2.1突变体和野生型的差异基因很少，但在有MeJA存在的条件下，dof2.1突变体中显著受诱导和抑制的基因数量分别达到了1745和665个。进一步分析表明，Dof2.1能促进JA诱导叶片衰老过程中 JA响应相关基因的表达。

MYC2 与Dof2.1基因的表达成正相关，且MYC2的启动子区有多个Dof-binding motif。ChIP和转录激活实验表明，Dof2.1可结合到MYC2的启动子区域促进其表达。在MeJA的处理下，myc2突变体的叶片颜色保持绿色，与Dof2.1-OX的表型相反。在myc2背景下超量表达Dof2.1，MeJA和黑暗条件诱导的叶片表型与myc2突变体一致（图2）。由此可知，MYC2是超量表达Dof2.1促进JA信号正常响应所必需的。

图2. myc2背景下超量表达Dof2.1不能促进叶片衰老

而在另一方面，MYC2可与Dof2.1启动子上的第二个E-box (CANNTG)元件直接结合，该元件突变后，Dof2.1的表达量不再受MeJA的诱导。这一结果表明，MYC2是Dof2.1的表达量受JA快速、大幅诱导的正向调控因子。

在dof2.1的背景下超量表达MYC2同样也延缓了JA诱导的衰老（图3），该结果表明MYC2诱导的与衰老相关基因受MYC2–Dof2.1–MYC2正向反馈调控。

综上所述，该研究通过非常详细的实验数据发现了MYC2–Dof2.1–MYC2正向反馈调控机制的存在，而该机制是JA诱导叶片衰老所的主要信号通路。详细的功能模式见图4.

图4. MYC2–Dof2.1–MYC2参与JA诱导的叶片衰老作用模式图

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全文链接：

http://www.plantcell.org/content/early/2019/10/22/tpc.19.00297