PNAS | 细胞分裂素合成胞外新途径:细胞分裂素核糖核苷酶参与水稻胞外细胞分裂素代谢

细胞分裂素在促进细胞增殖、调节叶片衰老、响应生物或非生物胁迫等植物生长的诸多方面起着至关重要的作用。细胞分裂素生物合成主要通过从头合成路径首先由异戊烯基转移酶催化生成异戊烯基腺苷磷酸,随后由CYP735A催化形成反式玉米素核苷酸前体,最后由LOG基因转化为活性形式,迄今为止,人们普遍认为细胞分裂素的生物合成只发生在细胞内。近日,日本名古屋大学生物农业科学研究生院Hitoshi Sakakibara课题组在国际知名期刊PNAS上在线发表了题为“A cell wall–localized cytokinin/purine riboside nucleosidase is involved in apoplastic cytokinin metabolism in Oryza sativa”的研究论文,该研究通过分析水稻染色体片段代换系的激素谱,鉴定到一个编码核苷酶的基因参与细胞分裂素胞外代谢,揭示了一条不依赖于LOG的细胞分裂素合成新途径。

作者分析了4种主要植物激素:细胞分裂素、生长素、赤霉素和脱落酸。发现5号染色体上有一个主要的峰影响顺式玉米素核糖苷o -葡萄糖苷(cZROG)的积累。图位克隆精细定位到一个22kb区间,该区间包含3个基因,RT-PCR分析将候选基因锚定至Os05g0406100。进一步分析发现:在纯合突变体中细胞分裂素核苷(例如:tZR、cZR、tZROG、cZROG)含量显著高于突变体,但对应的核酸碱基在纯合突变体中显著下降。

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酶活分析发现,Os05g0406100可将细胞分裂素核糖体及嘌呤核苷酸作为底物,因此将其命名为细胞分裂素/嘌呤核糖核苷酶(CPN1)。因拟南芥中的CPN定位于质外体,作者研究了水稻中CPN定位,研究发现核苷酶活性在胞质中低于可检测水平,在含有与细胞壁弱结合、疏水结合、强结合的蛋白组分中检测到核苷酶活性。CPN1:GFP荧光信号展现出了细胞壁蛋白的典型分布模式。这些结果证明CPN活性与细胞壁绑定,局限在质外体空间。对质外体细胞分裂素及细胞分裂素衍生物分析发现,cpn纯合突变体中细胞分裂素核糖体浓度显著升高,但对应的核糖碱基没有差异,表明CPN参与细胞分裂素核糖体在胞外空间的代谢。

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总之,该研究鉴定到一个定位于细胞壁的,不依赖于LOG基因的细胞分裂素合成途径,这一途径的发现将我们对细胞分裂素代谢的理解扩展到了细胞外空间。

文章来源:植物生物技术Pbj

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