揭示PTPN介導(dǎo)ABA-AsA互作抗旱新機(jī)制（2020.2.17 Plant Biotechnology Journal）

植物作為固著生物，在其整個(gè)生命周期中均受到來自周圍環(huán)境的各種脅迫。干旱作為主要的非生物脅迫之一，嚴(yán)重影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中，植物形成了嚴(yán)密且復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來應(yīng)對(duì)干旱脅迫。Abscisic acid（ABA）是影響干旱脅迫應(yīng)答反應(yīng)的主要逆境激素。干旱脅迫促進(jìn)ABA的合成，而ABA作為信號(hào)分子促進(jìn)氣孔關(guān)閉，進(jìn)而達(dá)到“保水”的目的。另外，干旱脅迫也會(huì)導(dǎo)致活性氧（ROS）的產(chǎn)生，過多的ROS積累會(huì)使植物受到氧化傷害。維生素C又名抗壞血酸（L-ascorbic acid，AsA），是植物中含量最多的抗氧化劑，能夠幫助植物清除過量的ROS，進(jìn)而保護(hù)植物免受氧化傷害，提高植物抗逆性。脅迫過程中，ABA信號(hào)途徑與AsA合成途徑如何相互作用來調(diào)控植物的抗逆應(yīng)答迄今未知。

近日，Molecule Plant雜志在線刊發(fā)了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)代明球教授課題組題為“Enhanced Vitamin C Production Mediated by an ABA-Induced PTP-Like Nucleotidase Improves Drought Tolerance of Arabidopsis and Maize”的研究論文。在該研究中，作者克隆到一個(gè)新型核苷酸酶編碼基因PTPN（PTP-Like Nucleotidase）。在玉米和擬南芥中突變PTPN基因降低植物的抗旱性，而超表達(dá)PTPN則提高植物的抗旱能力。玉米ZmPTPN及擬南芥AtPTPN能夠較特異性地水解GDP/GMP/dGMP/IMP/dIMP等核苷酸，釋放Pi;而Pi是抗壞血酸AsA限速合成酶VTC2催化活性所必須的，因此，PTPN通過控制細(xì)胞內(nèi)“Local-Pi”的水平進(jìn)而有效調(diào)控AsA的合成。這些結(jié)果表明，PTPN通過水解核苷酸來調(diào)控植物抗旱的功能是比較保守的。此外，作者還通過酵母單雜、EMSA，Chip-qPCR以及遺傳互作等實(shí)驗(yàn)證明，PTPN的表達(dá)受到ABA信號(hào)途徑下游關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子HSFA6a的直接調(diào)控?？傊?，本研究揭示了新型核苷酸酶PTPN作為一個(gè)關(guān)鍵調(diào)控節(jié)點(diǎn)介導(dǎo)ABA信號(hào)途徑與AsA合成途徑之間的互作，進(jìn)而促進(jìn)植物抗旱的分子機(jī)制?？紤]到PTPN在植物抗旱中的功能保守性，該基因有作為靶標(biāo)通過基因工程手段應(yīng)用于農(nóng)作物抗旱遺傳改良的潛在價(jià)值。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士研究生張卉及向艷麗博士為該論文共同第一作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)代明球教授為該論文通訊作者。吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的劉相國(guó)研究員，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的嚴(yán)建兵教授，李興旺教授，張德林副研究員，劉紅波老師，以及美國(guó)Wilkes University的William Terzaghi教授均對(duì)該項(xiàng)研究的開展提供了幫助。該研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0100600），國(guó)家自然科學(xué)基金（31971954），華中農(nóng)業(yè)大學(xué)自主創(chuàng)新基金（2662015PY170），以及作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題的資助。