揭示 DOG1 调控种子休眠新机制：解锁植物发芽时间的精准调控密码

为探究种子休眠调控机制，研究人员聚焦 DOG1，发现其独立于 ABA 核心信号调控休眠，意义重大。

　　在植物的奇妙世界里，种子就像是一个个隐藏着生命奥秘的 “小宝藏”。种子休眠是植物为了适应环境而进化出的重要特性，它决定着种子何时发芽。这一特性对于植物在地球上的生存和繁衍至关重要，不仅能确保幼苗在适宜的季节生长，还能维持土壤种子库，促进种子传播。然而，目前对于种子休眠调控机制的理解还存在诸多空白。植物激素脱落酸（ABA）在种子休眠中起着关键作用，它就像是植物生长的 “刹车”，能抑制种子发芽。但 ABA 和另一个关键调控因子延迟萌发 1（DELAY OF GERMINATION 1，DOG1）之间的关系却十分复杂，它们在调控种子休眠时并非简单的线性关系，这使得科学家们一直困惑不已。为了揭开这层面纱，来自国外研究机构的研究人员开展了一系列深入研究，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在蛋白质组学和遗传学方面，通过定量质谱分析比较了新鲜收获的休眠 NIL - DOG1 种子和非休眠 dog1 - 1 突变体种子的蛋白质组和磷酸化蛋白质组；在基因功能验证方面，构建了多种突变体和转基因植株，如 afp 突变体、dog1 突变体以及 35S::YFP:SnRK2.6 转基因株系等；还运用了酵母双杂交、免疫共沉淀等技术研究蛋白质之间的相互作用。

研究结果如下：

1. DOG1 对种子蛋白质组和磷酸化蛋白质组的影响：研究人员通过定量质谱分析发现，dog1 - 1 突变影响了种子中大量蛋白质和磷酸化肽的丰度。在干燥和吸胀 6 小时的种子中，与 NIL - DOG1 种子相比，dog1 - 1 突变体中分别有 10.8% 和 13.1% 的定量蛋白质组发生变化，19.9% 和 8.6% 的定量磷酸化肽丰度显著改变。这些变化与种子的代谢、应激反应和休眠相关。
2. DOG1 对 ABA 反应的调控：对 ABA 反应相关蛋白质的分析表明，在种子成熟后期和早期吸胀过程中，DOG1 对于在蛋白质组水平上正确建立 ABA 反应至关重要。例如，一些已知的 ABA 反应阳性标记蛋白，如 EM1、EM6 和 RD29B 在 dog1 - 1 突变体中表达下调，ABI5 蛋白积累也显著受损。
3. DOG1 与 SnRK2III 激活的关系：研究发现，在体内 DOG1 的功能并非阻止 SnRK2III 的失活。相反，失去 DOG1 功能会促进 SnRK2III 在保守残基处的磷酸化激活，导致 SnRK2.6 活性增加。如在干燥种子中，dog1 - 1 突变体中 SnRK2III 激活环的磷酸化肽丰度更高，且纯化的 YFP:SnRK2.6 激酶活性也更强。
4. AFP 在种子休眠调控中的作用：研究人员发现 AFP1 和 AFP2 这两个种子休眠的负调控因子在 dog1 - 1 突变体中磷酸化水平降低。AFP1、AFP2 和 AFP3 在控制种子休眠方面具有部分冗余功能，且 AFP2 发挥功能依赖于 AHG1。如在 ahg1 - 5 突变背景下，35S::YFP:AFP2 种子的萌发率降低。
5. AFP 与 AHG1 的相互作用及遗传关系：通过酵母双杂交和免疫共沉淀实验，证实 AFPs 与 AHG1 在体内特异性相互作用，AHG1 可以体外去磷酸化 AFP1 和 AFP2 的特定磷酸化位点。此外，afp1 和 afp2 突变可部分恢复 dog1 突变体的休眠表型，表明 DOG1 信号通路需要 AFP1 和 AFP2 的参与。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 DOG1 调控种子休眠的新机制，它独立于 ABA 核心信号通路中的 SnRK2III 激活来控制休眠。DOG1 通过抑制 AHG1 对 AFPs 的激活，维持成熟诱导的 ABA 反应，从而保持种子休眠。这种非经典的调控模式为理解植物如何精确调控种子休眠和发芽时间提供了新的视角。同时，该研究还发现 AFPs 是 DOG1 信号通路中的关键分子，它们在 AHG1 下游发挥作用，且其功能与 ABA 水平无关。这一发现为作物育种提供了新的靶点，由于 DOG1 功能在高等植物中保守，相关机制在作物中也有一定的保守性，有望通过遗传编辑等手段改良作物的休眠特性，为解决环境和粮食安全挑战提供无化学干预的解决方案，具有重要的理论和实践意义。