中国农业大学/云南农业大学合作揭示β-石竹烯调控植物间信号传递以促进植物防御逆境的分子机制|中国农业大学|云南农业大学|互作|信号|植物|生长素|石竹烯

植物源挥发有机物（volatile organic compounds, VOCs）在植物间通讯和防御逆境方面发挥重要作用，但其分子机制大都未知。β-石竹烯（β-caryophyllene, BCP）是一种VOC，它能被松树、拟南芥、水稻、玉米等植物分泌，参与植物防御生物胁迫和非生物胁迫。在拟南芥中，BCP通过茉莉酸（JA）通路发挥作用，积累的JA及其衍生物可促进BCP的生物合成；在烟草中，发现TOPLESS家族转录共抑制因子（TPL/TPR）是BCP的靶点。然而，BCP如何与TPL/TPR互作、如何通过JA通路发挥作用的机制仍然未知。

近日，中国农业大学刘俊峰/王冬立团队联合云南农业大学朱书生团队在Plant, Cell & Environment在线发表了题为β-Caryophyllene Competes with NINJA/IAAs for TOPLESS Family Corepressors to Regulate Plant Physiological Activities的研究论文，深入揭示了BCP调控植物激素信号的分子机制。

TPL/TPR有两个结构域：N端的TPD结构域和C端两个串联的WD结构域。由于WD结构域通常作为骨架参与蛋白间互作，作者推测TPD参与BCP的互作。作者以水稻TPR2的TPD（OsTPR2-TPD）为研究对象，以BCP的代谢物BCPO作为对照（图1A）。通过分子对接和计算，发现BCP结合在OsTPR2-TPD表面的疏水口袋（图1B），并通过单点突变和表面等离子共振（SPR）进行了验证（图1C）。已知该疏水口袋用于结合JA通路的转录抑制因子NINJA和生长素通路的转录抑制因子IAA1/IAA10。结构叠加发现，BCP和NINJA、IAA1/IAA10结合在OsTPR2-TPD的同一位置（图1D），且BCP的结合强于NINJA、IAA1/IAA10（图1E），SPR实验表明BCP可将NINJA和IAA1/IAA10从OsTPR2-TPD竞争下来（图1F）。进一步地，体内实验表明BCP可诱导水稻对稻瘟菌的抗性（图1G），可影响植物的JA/IA-Ile和IAA水平（图1H），以及JA和生长素信号通路基因的表达水平（图1I）。与之不同，独角金内酯（SL）的转录抑制因子D53也与OsTPR2-TPD互作，但BCP与OsTPR2-TPD的互作并不影响D53（图1D-E）。