Plant Cell | 中国科学院版纳植物园/湖南大学胡彦如研究组揭示茉莉酸调控植物种子大小的新机制

种子作为开花植物的重要繁殖器官，在植物生命周期中具有生态适应与农学应用的双重功能。种子大小的建成是高度复杂且精密的生物学过程，受内源遗传信号和外界环境因子的协同控制。深入解析种子大小的调控机制，不仅有助于揭示植物适应复杂生态环境的分子策略，更将为农作物遗传改良提供理论依据。茉莉酸（Jasmonate, JA）是一类关键的环境响应激素，广泛参与植物多种生理过程的调控。尽管JA信号转导机制的研究已取得长足进展，但在特定组织器官（如种子）或自然环境条件下，其信号通路的特异性调控机制仍待深入研究。

近日，中国科学院版纳植物园/湖南大学胡彦如研究组在The Plant Cell期刊上发表了题为Jasmonate signaling coordinates with the SOD7–KLU pathway to regulate seed size in Arabidopsis thaliana的研究论文，揭示了JA信号负调控植物种子大小的新机制。鉴于该研究在相关领域的科学创新意义，The Plant Cell期刊配发了题为Tiny Seeds, Big Decisions: Jasmonate-mediated regulation of seed size in Arabidopsis via the SOD7-KLU module的评述文章，对该研究进行了点评。同行专家认为，该研究揭示了JA信号通过精密调控SOD7–KLU途径，从而维持种子大小在适宜水平的分子机制。这一发现为特定组织器官（如种子）或环境条件（如高盐胁迫）下JA信号转导的特异性机制，以及种子大小形成的复杂调控网络提供了新见解。

与前人研究结果相一致，该研究证实COI1 –JAZ途径介导的内源JA信号通过母系效应负调控种子大小。当JA信号被阻断后，相关突变体或转基因植物（如coi1或JAZ1-ΔJas）的种子均显著大于野生型种子。JA信号途径关键基因COI1、JAZ和MYC等在种子发育过程中（尤其是在珠被细胞中）强表达。进一步研究发现，JA能抑制细胞色素P450家族基因KLU（编码珠被细胞增殖诱导因子）的表达。遗传分析发现，KLU突变能显著抑制coi1的种子大小表型，说明KLU是JA信号负调控种子大小所必需的。

蛋白质相互作用实验表明，JA信号途径的关键抑制子JAZ直接与KLU基因的上游调控因子SOD7及其同源蛋白DPA4相结合。遗传学分析进一步确认，SOD7高表达能抑制coi1突变体的种子大小表型。有趣的是， SOD7还能与JA途径的核心转录因子 MYC2和MYC4相互作用。 遗传分析和生化机制研究表明，SOD7和MYC2能相互增强彼此的转录调节功能，协同抑制下游KLU基因的转录，从而共同抑制种子大小。相反，JAZ蛋白抑制SOD7和MYC2的转录调节功能，且与SOD7竞争性结合MYC2。值得注意的是，JA信号对于SOD7–KLU途径及种子大小的调控，在高盐胁迫条件下也发挥关键作用。此外，SOD7还能与ABI5转录因子相互作用，暗示其可能参与种子从发育到萌发的全过程调控。

图1. KLU突变抑制coi1的种子大小表型（Zhang et al., 2025, Plant Cell）

综上所述，该研究揭示了SOD7与KLU在JA信号调控种子大小过程中的关键作用，并进一步在分子水平解析了JAZ和MYC通过与SOD7直接互作，协同调控SOD7–KLU信号通路，从而精细控制种子大小的转录调控机制。该研究不仅为植物种子大小遗传调控机制提供了新的认识，也为阐明特定组织器官中（或自然环境条件下）JA信号转导的特异性机制提供了重要依据，对于人们深入理解植物通过整合多信号途径精密调控生长发育及环境适应性的分子策略具有重要的科学意义。

张桔萍博士为该文第一作者，胡彦如教授和韩笑副研究员为该文通讯作者；密歇根州立大学Gregg A. Howe教授及湖南大学姚瑞枫教授在该研究中作出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

全文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koaf178