可用來保鮮蔬菜!張惠明組鑑定出能夠抑制植物葉綠素降解的有益細菌代謝物
2022-10-06由 中國生物技術網 發表于 農業
儲存離體葉片綠色的植物激素是什麼?
植物的早衰可由多種環境脅迫所致。由於葉綠素退化和光合作用受損,早衰可造成作物籽粒灌漿受損從而導致嚴重的減產。早衰過程中的葉綠素降解還導致許多蔬菜的採後貨架期縮短。
有益微生物能夠增強植物對多種環境脅迫的耐受能力
(Singh et al。, 2022)
,但是很少有已知的微生物代謝物能夠調節植物葉綠素代謝。
早期研究顯示,解澱粉芽孢桿菌(
Bacillus amyloliquefaciens
)菌株GB03釋放的揮發物(簡稱GMVs)能提高植物葉綠素含量,同時抑制植株莖葉部ABA的積累
(Zhang et al。, 2008)
。GMVs包含超過30種化合物,但其中能夠調節植物葉綠素含量的生物活性組分一直不清楚。
JIPB
近日線上發表了
中科院分子植物科學卓越創新中心張惠明課題組
題為“
Bacterial diacetyl suppresses abiotic stress-induced senescence in Arabidopsis
”
(
https://doi.org/10.1111/jipb.13260
)
的研究論文。
該研究發現微生物揮發物中的二乙醯(diacetyl,又名
2,3
-
丁二酮
)能拮抗脫落酸ABA的作用,從而抑制脅迫引起的植物早衰。
研究人員在易於觀測葉片衰老的黑暗條件下分別檢測了GMVs中的六種主要組分對離體葉片衰老的影響。結果顯示,只有二乙醯(2,3-丁二酮)有效抑制了黑暗誘導的衰老。該條件下,外源ABA強烈促進葉綠素的降解,導致葉片變黃,而二乙醯顯著抑制了ABA誘導的葉片變黃現象。進一步研究發現,ABA處理24小時內,葉綠素代謝相關的基因表達被上調錶達,而二乙醯顯著抑制了這些基因的上調。為從基因組水平上了解二乙醯拮抗ABA誘導的葉片衰老的機制,研究人員對mock, ABA, diacetyl, ABA+dyacetyl四個處理組的葉片進行了轉錄組測序。資料分析結果顯示二乙醯拮抗ABA轉錄調控鏈的早期步驟,而且很可能抑制後期ABA的合成。研究人員還發現,ABA處理增加了活性氧的積累,而二乙醯清除了積累的活性氧;ABA抑制種子萌發,而二乙醯能緩解ABA對種子萌發的抑制作用,進一步支援了二乙醯能夠拮抗ABA作用的結論。
二乙醯(diacetyl)抑制ABA誘導的葉片衰老
這些研究結果表明,二乙醯作為一種具有生物活性的細菌代謝物,能夠抑制受脅迫誘導的植物衰老。然而,植物如何感知雙乙醯仍有待確定。鑑於雙乙醯還介導依賴於磷營養狀態的植物與根際細菌的相互作用
(Morcillo et al。, 2020)
,該代謝物可能是一種有價值的分子工具,可用於研究植物對生物和非生物刺激反應之間的複雜協調作用,以及用於開發抑制作物過早衰老的保護劑。張惠明課題組博士後
Sunil. K. Singh
, 碩士畢業生
孫亞洲
和副研究員
楊玉
為該論文的共同第一作者,
張惠明
研究員為通訊作者。該研究得到了中科院的經費支援。
參考文獻:
Morcillo, R.J., Singh, S.K., He, D., An, G., Vílchez, J.I., Tang, K., Yuan, F., Sun, Y., Shao, C., and Zhang, S.
(2020)。 Rhizobacteriumderived diacetyl modulates plant immunity in a phosphatedependent manner。
EMBO J。
39:
e102602。
Singh, S.K., Wu, X., Shao, C., and Zhang, H.
(2022)。 Microbial enhancement of plant nutrient acquisition。
Stress Bio。
2:
1-14。
Zhang, H., Xie, X., Kim, M.S., Kornyeyev, D.A., Holaday, S., and Paré, P.W.
(2008)。 Soil bacteria augment Arabidopsis photosynthesis by decreasing glucose sensing and abscisic acid levels in planta。
Plant J
。
56:
264-273。