植物的生命源于一粒種子,。

種子只有一次萌發(fā)機(jī)會(huì),，因此萌發(fā)時(shí)機(jī)的選擇對(duì)植物接下來(lái)的生長(zhǎng)十分重要,。這一生物學(xué)過(guò)程受到種子休眠的調(diào)控,。如果種子休眠過(guò)弱，萌發(fā)過(guò)早,，可能面臨嚴(yán)酷的生長(zhǎng)環(huán)境,，輕則生長(zhǎng)不良，重則直接死亡,；如果種子休眠過(guò)強(qiáng),，萌發(fā)過(guò)晚，又可能錯(cuò)過(guò)最佳生長(zhǎng)發(fā)育階段,，直接影響后續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育,。

在現(xiàn)代作物品種選育過(guò)程中，育種家追求種子萌發(fā)的更快速整齊而忽略了休眠性狀,，導(dǎo)致現(xiàn)有主要糧食作物的種子休眠水平普遍較弱,，成熟期遇到高溫高濕天氣，易發(fā)生穗發(fā)芽,，影響糧食生產(chǎn)和食品安全,。

如何合理調(diào)控種子休眠與萌發(fā)，以減少種子穗發(fā)芽所帶來(lái)的品質(zhì)和產(chǎn)量損失,，平衡種子存儲(chǔ)期和播種期的發(fā)芽需求轉(zhuǎn)換,，對(duì)于保障作物的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和食品安全具有重大意義。

近日,，基因組所向勇課題組在《分子植物學(xué)（Molecular Plant）》上在線發(fā)表題為“The MKK3-MPK7 cascade phosphorylates ERF4 and promotes its rapid degradation for releasing seed dormancy in Arabidopsis ”的研究論文,，鑒定了一個(gè)調(diào)控種子從休眠狀態(tài)到萌發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的“命運(yùn)開(kāi)關(guān)”,，揭示了種子釋放休眠啟動(dòng)萌發(fā)的新機(jī)制。

該研究鑒定到由MKK3-MPK7激酶級(jí)聯(lián)和乙烯應(yīng)答因子ERF4組成的命運(yùn)開(kāi)關(guān),，負(fù)責(zé)調(diào)控種子從休眠狀態(tài)到萌發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變,。作者通過(guò)使用休眠解除因子，如赤霉素,，低溫層積,，以及雙氧水等處理種子，發(fā)現(xiàn)其能夠激活MKK3-MPK7激酶級(jí)聯(lián),，然后通過(guò)調(diào)控細(xì)胞擴(kuò)增相關(guān)基因EXPAs的表達(dá)來(lái)釋放休眠，促進(jìn)萌發(fā),。進(jìn)一步的研究鑒定到MKK3-MPK7模塊的一個(gè)直接底物,，ERF4。ERF4是本研究新發(fā)現(xiàn)的休眠調(diào)控基因,，它能夠直接結(jié)合在位于EXPAs基因外顯子的GCC box上,，抑制EXPAs基因的表達(dá)，從而抑制種子萌發(fā),。當(dāng)種子感知到環(huán)境中的萌發(fā)信號(hào)后,，被激活的MKK3-MPK7模塊能夠磷酸化ERF4，導(dǎo)致ERF4的快速降解,，從而釋放ERF4對(duì)EXPAs基因表達(dá)的抑制作用,，促進(jìn)種子快速萌發(fā)。

該項(xiàng)研究工作揭示了一條由蛋白質(zhì)磷酸化,、蛋白質(zhì)降解和基因表達(dá)調(diào)控組成的信號(hào)傳遞鏈,，通過(guò)這條信號(hào)鏈，種子胚胎內(nèi)的萌發(fā)促進(jìn)因子能夠感知并響應(yīng)環(huán)境中的萌發(fā)信號(hào),。由于MKK3和MPK7是種子休眠的負(fù)調(diào)控因子,，因此可以在水稻和小麥等農(nóng)作物進(jìn)行基因編輯，改良作物種子的休眠特性,，減少極端天氣下穗發(fā)芽的發(fā)生,，保障糧食生產(chǎn)和食品安全。

基因組所博士后陳熙和博士生李秋佳為該論文的共同第一作者,，基因組所向勇研究員為論文的通訊作者,。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，中國(guó)博士后科學(xué)基金,，廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃,，深圳市科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新委員會(huì)和大鵬新區(qū)科技項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.09.006

種子釋放休眠啟動(dòng)萌發(fā)的分子機(jī)制