【Cell】重磅！植物种子感应水分及调控发芽时间的分子机制

许多生物进化出了在干燥环境中生存的策略。植物种子可以保护脱水胚胎免受各种压力因素的影响，并且可以休眠数千年。水合作用是启动种子萌发的关键触发因素，但种子感知水分的机制仍未得到解决。

Cell 杂志在线发表了来自美国斯坦福大学卡内基科学研究所Seung Y. Rhee课题组等合作题为“A prion-like protein regulator of seed germination undergoes hydration-dependent phase separation”的研究论文。该研究在拟南芥中鉴定一个朊病毒样蛋白 FLOE1，其在水合作用时相分离，并使植物胚胎能够感知水压力调控种子发芽最佳时间。

水对于生命来说是必不可少的，但许多生物已经进化出承受严重缺水或干燥环境的方法。具有这种极端适应能力的生物的典型代表是种子植物。脱水的植物种子在发芽之前可以长时间休眠，甚至在某些物种中可以超过 1000 年。这可以保护种子内部的胚胎免受各种环境压力的影响，直到条件有利于生长和存活。然而，幼苗感知水分并重新激活细胞活动的机制直到现在仍然是个谜。

该研究通过分析了公开可用的拟南芥转录组学数据，发现了 449 个蛋白质，与其他组织相比，它们在干燥种子中的表达水平更高。其中鉴定了 一个以前从未鉴定的具有朊病毒样蛋白PrLD 的蛋白质FLOE1 。该类蛋白之前已经证明可能参与相分离。

进一步该研究表明，当休眠的种子感应到附近的水分时，FLOE1 几乎立即聚集在细胞中通过相分离以感应水，以确定条件是否适合种子重新激活并开始生长。因为 FLOE1 聚集是暂时的和可逆的，它可以作为一个发芽或不发芽的信号，如果确定条件不是最佳的，则停止发芽，或者如果环境有足够的水来支持生长，则允许它继续发芽。此外，该研究还在在绿色植物中发现了一个 FLOE 同源家族，这表明自然序列变异驱动了 FLOE1 的差异，以调节野生种子的发芽。

综上所述，该研究是第一项有关种子如何直接感知其水合状态并对其采取行动的信息的研究，可以为能够利用 FLOE1 的能力以抵御气候变化不利的工程作物奠定基础。此外，FLOE1蛋白是第一个在水合-脱水循环中可逆相分离的已知蛋白质，其类似的过程很可能发生在其他具有干燥休眠期的生物体中。

论文链接：

https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S0092-8674%2821%2900710-8

转自：“iPlants”微信公众号

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