Plant Cell | 不依赖于茉莉酸途径，SKIP31-JAZ-ABI5调控种子成熟和活力的新机制

撰文 | 道常

种子成熟是一个非常复杂的生理过程，涉及脱水干燥和营养贮备等活动【1，2】。脱落酸（ABA）响应调节因子ABI3、ABI5、FUS3和LEC1，在种子成熟过程中通过和其他转录调控因子互作发挥重要的作用，其中茉莉酸信号通路的关键调节因子JAZ可以抑制ABI3和ABI5的转录活性，进而通过茉莉酸和脱落酸的整合调控影响种子的成熟【3-5】。关于ABA介导的种子成熟的机制研究，由于植物不同激素之间的协同调控以及26s蛋白酶体途径的参与【6】，越发显得复杂。其中JAZ介导的ABA相关转录因子的抑制在种子成熟活动中如何被解除尚不清楚。

近日，印度国家植物基因组研究所Manoj Majee研究团队在ThePlant Cell上发表了题为The Arabidopsis F-box protein SKIP31 modulates seed maturation and seed vigor by targeting JAZ proteins independently of jasmonic acid-isoleucine的研究论文，揭示了F-box蛋白SKIP31调控种子成熟和活力的新机制，且该调控模型独立于茉莉酸-异亮氨酸途径。

本研究中，研究人员首先检测确定了SKIP31是一种核定位F-box蛋白，可以与多种ASK蛋白互作，并且SKIP31转录本主要在种子成熟后期开始积累，在ABA处理或者脱水条件下可以被显著诱导；为了研究SKIP31的生物学功能，研究人员对skip31基因沉默和突变植株以及种子特异性过表达植株进行了一系列处理和表型观测，结果显示，SKIP31参与了种子成熟的后期阶段，降低SKIP31的转录水平，会影响种子的形态以及成熟后的发芽潜力，最终影响种子活力和发育能力。为了进一步探究SKIP31参与种子成熟的分子机制，研究人员利用酵母双杂交技术筛选到JAZ6、JAZ10和JAZ11可以和SKIP31进行互作，并且利用BiFc和Pull-down实验证实了SKIP31与JAZ6和JAZ11可以在体内体外结合，截短功能域验证实验发现SKIP31的C端介导了互作的进行；为了研究SKIP31与JAZ蛋白互作是否影响了JAZ蛋白的泛素化，研究人员进行了体外泛素化实验和蛋白酶体降解实验，结果显示SKIP31可以促进JAZ6和JAZ11的泛素化和其通过蛋白酶体的降解活动；随后，研究人员想知道SKIP31靶向JAZ蛋白的活动，是否有JA-Ile途径参与，构建了不同的JAZ过表达株系，因为COI1通过JA-Ile途径靶向JAZ蛋白【7】。所以同时检测了coil突变体的表型，结果显示，SKIP31靶向JAZ蛋白是独立于JA-Ile途径的，而且COI1介导的信号通路似乎没有参与到种子的成熟和活力维持。

已有的研究表明，JAZ蛋白通过与ABI3和ABI5互作抑制其转录活性来调节种子萌发【8】，本研究通过BIFC实验发现JAZ6和JAZ11可以与ABI5互作而与ABI3不互作，通过检测不同的ABI5靶标基因在种子成熟的不同时期中表达情况，发现SKIP31-JAZ-ABI5模型在种子成熟后期发挥重要作用；研究人员还对种子成熟过程中的贮藏化合物积累进行了分析，发现SKIP31-JAZ模型确实直接或间接促进了种子成熟和种子活力相关基因的表达及其编码产物的积累；最后研究人员通过烟草中双荧光素酶测定，发现ABI5可以正向调控SKIP31的表达，而JAZ蛋白则可以抑制ABI5介导的SKIP31表达的转录激活，实验结果预示着还有其他的转录调控因子也参与了SKIP31-JAZ模型介导的调控机制。

综上所述，该研究鉴定了调控拟南芥种子成熟和活力维持的模块SKIP31-JAZ-ABI5，其中SKIP31是一种F-box蛋白，可以靶向JAZ蛋白促进其降解，进而减轻JAZ蛋白对ABI5的抑制作用，激活下游ABA介导的信号通路，从而有利于种子的成熟、干燥耐受和活力维持。该发现加深了我们对复杂信号网络调控种子发育的认识，为进一步研究其他转录因子或调解蛋白调控种子的发育提供了借鉴。

参考文献：

【1】Righetti, K., Vu, J.L., Pelletier, S., Vu, B.L., Glaab, E., Lalanne, D., Pasha, A., Patel, R.

V., Provart, N.J., Verdier, J., Leprince, O., and Buitink, J. (2015). Inference of Longevity-Related Genes from a Robust Coexpression Network of Seed Maturation Identifies Regulators Linking Seed Storability to Biotic Defense-Related Pathways. Plant Cell 27: 2692–2708.

【2】Verdier, J, Lalanne, D, Pelletier, S, Torres-Jerez, I, Righetti, K, Bandyopadhyay, K, Leprince, O, Chatelain, E, Vu, BL, Gouzy, J, Gamas, P, Udvardi, MK, Buitink, J (2013) A regulatory network-based approach dissects late maturation processes related to the acquisition of desiccation tolerance and longevity of Medicago truncatula seeds. Plant Physiol 163, 757-74.

【3】Sugliani, M., Rajjou, L., Clerkx, E.J.M., Koornneef, M., and Soppe, W.J.J. (2009). Natural modifiers of seed longevity in the Arabidopsis mutants abscisic acid insensitive3-5 (abi3-5) and leafy cotyledon1-3 (lec1-3). New Phytol. 184: 898–908.

【4】Gutierrez, L., Van Wuytswinkel, O., Castelain, M., and Bellini, C. (2007). Combined networks regulating seed maturation. Trends Plant Sci. 12: 294–300.

【5】González-Morales, S.I., Chávez-Montes, R.A., Hayano-Kanashiro, C., Alejo-Jacuinde, G., Rico-Cambron, T.Y., Folter, S. de, and Herrera-Estrella, L. (2016). Regulatory network analysis reveals novel regulators of seed desiccation tolerance in Arabidopsis thaliana. Proc. Natl. Acad. Sci. 113: E5232–E5241.

【6】Varshney, V. and Majee, M. (2022). Emerging roles of the ubiquitin–proteasome pathway in enhancing crop yield by optimizing seed agronomic traits. Plant Cell Reports 2022 419 41: 1805–1826.

【7】Yan, J., Li, H., Li, S., Yao, R., Deng, H., Xie, Q., and Xie, D. (2013). The Arabidopsis F-box protein CORONATINE INSENSITIVE1 is stabilized by SCFCOI1 and degraded via the 26S proteasome pathway. Plant Cell 25: 486–498.

【8】Varshney, V. and Majee, M. (2021). JA Shakes Hands with ABA to Delay Seed Germination. Trends Plant Sci. 26: 764–766.

https://doi.org/10.1093/plcell/koad199