PNAS | 苔藓植物激活茉莉酸通路的新途径

自然界中，植物的生存除了需要自身营养物质的生长之外，还需要依赖于随时变化的适应机制的激活，这在很大程度上依赖于植物激素，包括茉莉酸。具有生物活性茉莉酸酯的鉴定、生物合成和调控机制是一个基础性的科学问题。在维管植物中，茉莉酸来源于含有16或18碳的多不饱和脂肪酸。相比之下，苔藓植物在C20和 C22长链多不饱和脂肪酸(LCPUFAs)中也是十分丰富的。

2022年8月29日，来自德国图宾根大学与美国的康奈尔大学的Roberto Solano团队在国际著名杂志PNAS杂志上发表了一篇题为“Ligand diversity contributes to the full activation of the jasmonate pathway in Marchantia polymorpha”的研究文章，文章报道了在苔藓植物地钱（Marchantia polymorpha）中LCPUFA是生物活性茉莉酸的来源。

在植物中，茉莉酸信号参与了从生长发育到防御反应的广泛过程。茉莉酸类物质，比如：茉莉酸(JA)，(+)-7-iso-jasmonoyl-L-isoleucine (JA-Ile)，12-oxo-10,15(Z)-phytodienoic acid (OPDA)和dinor-12-oxo-10,15(Z)-phytodienoic acid (dn-OPDA)都是来源于 C18和 C16多不饱和脂肪酸(PUFA)，在植物中无处不在。苔藓植物还富含 C20和 C22长链多不饱和脂肪酸(LCPUFA)，这些脂肪酸在一些维管植物中低水平存在，但在包括动物在内的其他生物体中却很丰富。从 LCPUFA 衍生的生物活性茉莉酸盐的存在目前是未知的。

研究人员首先通过植物Mpfad5突变体在茉莉酸相关反应的激活中没有受到损害假设了COI1的替代配体可能存在。然后通过高效液相色谱法高分辨率质谱法鉴定了可能来源于 C20 LCPUFA的OPDA分子，然后坚定了这种分子的存在。接着通过外源茉莉酸盐处理，转录组学的技术证明了C20-OPDA 激活 COI1依赖性和非依赖性茉莉酸反应（图一）。接下来，通过Pull-down实验、色谱分析、HPLC-HRMS实验得到C20-OPDA 可以产生dn-ODPA 分子Δ4-dn-OPDA。

接下来，研究人员探讨了Δ4-dn-OPDA 的生物合成途径，表明Δ4-dn-OPDA 是在 LCPUFA的n3生物合成途径中合成的，主要来自二十碳五烯酸（EPA）衍生的 C20-OPDA。进一步表明，Δ4-dn-OPDA是COI1的配体，并且需要 Δ4-dn-OPDA 和 dn-OPDA 才能完全激活茉莉酸反应。结果表明 Δ4-dn-OPDA 是一种真正的生物活性激素，能够激活茉莉酸依赖性反应（图二）。

综上所述，研究人员鉴定了在地钱中来源于 C20脂肪酸的OPDA分子，称之为(5Z,8Z)-10-(4-oxo-5-((Z)-pent-2-en-1-yl)cyclopent-2-en-1-yl)deca-5,8-dienoic acid (C20-OPDA)。C20-OPDA分子在受伤时积累，当外源施用时，可以激活已知的COI1依赖性和非依赖性茉莉酸应答。此外，鉴定了一个来源于 C20-OPDA 的dn-OPDA分子(Δ4-dn-OPDA)，并证明它是地钱茉莉酸辅受体MpJAZ的配体。通过对 LCPUFA 合成中受损突变体的分析，阐明了 C20-OPDA 和 Δ4-dn-OPDA 的主要生物合成途径。此外，使用在Δ4-dn-OPDA和dn-OPDA 产生中受损的双突变体，我们证明了这些分子在激活茉莉酸应答中的累加性质。综上所述，我们的数据鉴定了MpCOI1的配体，并证明了LCPUFAs是一个生物活性茉莉酸的来源，对地钱的免疫应答至关重要。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2202930119

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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