何祖华研究组等PNAS文章解析植物抗病

　　

生物通报道：来自中科院植物生理生态研究所，阿肯色大学，密西根州立大学等处的研究人员发表了题为“Plant hormone jasmonate prioritizes defense over growth by interfering with gibberellin signaling cascade”的文章，发现了抗病与发育激素的交互作用的新机制，为抗病及高产协调的农作物设计育种提供了思路。相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章的通讯作者发表是植物生理生态研究所何祖华研究员，密西根州立大学何胜洋（Sheng Yang He），以及阿肯色大学杨亦农教授，这项研究得到了科技部973项目和国家自然科学基金委等的支持。

植物抗病性往往以发育抑制作为代价，但相关的调控机制不清楚。

茉莉酸是一种植物激素，参与调控植物的免疫（抗病）反应，可以抑制植物的生长。赤霉素是促进植物生长的激素，是第一次绿色革命的靶标。之前何祖华课题组曾发现水稻赤霉素代谢的新途径后（Zhu et al.，2006，Plant Cell），在这一基础上，进一步研究抗病性与发育互作的激素调控，使之能应用于抗病和高产的分子育种。

在这篇文章中，来自中国和美国的研究人员共同合作，经过长期的研究，在抗病与发育激素的交互作用的机制上取得了重要进展。他们发现在水稻中通过RNA干扰的方法下调茉莉酸的信号途径，可以使水稻快速生长，株高和粒长明显增加，遗传分析证明是激发了赤霉素途径。

进一步研究发现，茉莉酸可以使赤霉素信号的关键抑制子DELLA蛋白SLR1累积，植株矮化；而在茉莉酸途径减弱时，SLR1蛋白快速降解，植株生长。

美国密西根州立大学的何胜洋实验室发现，模式植物拟南芥的茉莉酸信号突变体也有赤霉素相关的表型。超表达茉莉酸信号的关键抑制子JAZ同样能使植物表现为赤霉素超敏感的表型。像在水稻中一样，JA也可以使拟南芥的DELLA蛋白累积。

进一步的研究表明，JAZ-DELLA的直接相互作用可以竞争DELLA-PIF的直接相互作用。这说明在双子叶和单子叶植物中抗病与发育的交互作用调控机制是保守的。这些研究成果为抗病及高产协调的农作物设计育种提供了思路。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Plant hormone jasmonate prioritizes defense over growth by interfering with gibberellin signaling cascade

Plants must effectively defend against biotic and abiotic stresses to survive in nature. However, this defense is costly and is often accompanied by significant growth inhibition. How plants coordinate the fluctuating growth-defense dynamics is not well understood and remains a fundamental question. Jasmonate (JA) and gibberellic acid (GA) are important plant hormones that mediate defense and growth, respectively. Binding of bioactive JA or GA ligands to cognate receptors leads to proteasome-dependent degradation of specific transcriptional repressors (the JAZ or DELLA family of proteins), which, at the resting state, represses cognate transcription factors involved in defense (e.g., MYCs) or growth [e.g. phytochrome interacting factors (PIFs)]. In this study, we found that the coi1 JA receptor mutants of rice (a domesticated monocot crop) and Arabidopsis (a model dicot plant) both exhibit hallmark phenotypes of GA-hypersensitive mutants. JA delays GA-mediated DELLA protein degradation, and the della mutant is less sensitive to JA for growth inhibition. Overexpression of a selected group of JAZ repressors in Arabidopsis plants partially phenocopies GA-associated phenotypes of the coi1 mutant, and JAZ9 inhibits RGA (a DELLA protein) interaction with transcription factor PIF3. Importantly, the pif quadruple (pifq) mutant no longer responds to JA-induced growth inhibition, and overexpression of PIF3 could partially overcome JA-induced growth inhibition. Thus, a molecular cascade involving the COI1–JAZ–DELLA–PIF signaling module, by which angiosperm plants prioritize JA-mediated defense over growth, has been elucidated.

作者简介：

何胜洋
何胜洋教授一直以来以拟南芥和假单胞菌属为研究课题，在病原菌致病因子的探索及入侵机制方面取得了突破性成就，在Science、Cell、Nature三大权威杂志发表了系列文章。

何胜洋教授在多年的学术生涯中也获得了多项重要奖项，他曾获得了HHMI（Howard Hughes Medical Institute）奖，并授予500万美元用于个人的创新性研究摸索，值得一提的是全美只有13位科学家成功入选。

何祖华
1993-1996 浙江大学（原浙江农业大学）生物技术研究所植物分子生物学和植物病理学博士，副教授； 1997-1998 美国加州Salk研究所植物细胞和分子生物学实验室博士后； 1999-2000 加大Davis分校植物病理系博士后； 2000，12－至今 获中国科学院引进国外人才计划资助，国家杰出青年基金获得者。任中国科学院上海植物生理生态研究所植物分子遗传国家重点实验室研究员，博导。兼上海市第十一届政协委员，科技部中-韩生命科学合作中心主任（2001－2006），中国植物生理学会秘书长,上海市植物生理学会常务副理事长等职。

主要研究方向为：植物抗病信号转导、功能基因和信号途径互作。主要从事研究模式植物（水稻和拟南芥）抗病调控基因的克隆与信号转导；研究水稻对稻瘟病白叶枯病的抗病信号途径；植物抗病反应（SA途径）与发育（GA和auxin）信号的cross-talk；水稻重要农艺性状功能基因组学；植物新的GA途径与性状发育的调控。并致力于广谱抗病和高产水稻资源的创造，重点是聚合超高产新性状，在高产品种的模型上，通过转基因或分子辅助育种改良抗稻瘟病和白叶枯病等。研究主要涉及分子遗传、细胞和生物化学与生物信息学。