本網(wǎng)訊 近日，我校茶樹(shù)種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋傳奎教授團(tuán)隊(duì)在Science Advances在線(xiàn)發(fā)表了題為“Squalene acts as feedback signaling molecule in facilitating bidirectional communication between tea plants”的研究論文。該研究首次揭示了茶樹(shù)通過(guò)釋放一種名為角鯊烯的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)“雙向?qū)υ?huà)”，并通過(guò)“角鯊烯-甾醇信號(hào)-CsCBF5”通路實(shí)現(xiàn)“抱團(tuán)取暖”的分子機(jī)制。此項(xiàng)研究突破了植物間“單向預(yù)警”的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了植物可通過(guò)化學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)群體協(xié)同抗逆的現(xiàn)象，為茶樹(shù)抗逆育種開(kāi)辟了新途徑。值得一提的是，該論文是全球茶學(xué)領(lǐng)域發(fā)表的首篇Science Advances論文。
茶樹(shù)作為全球重要的葉用型經(jīng)濟(jì)作物，低溫是限制其生長(zhǎng)和地理分布的主要環(huán)境脅迫因素之一。低溫會(huì)誘導(dǎo)茶樹(shù)釋放特異性揮發(fā)物（VOCs），特定VOC可作為化學(xué)信號(hào)被周邊植株識(shí)別從而啟動(dòng)抗寒響應(yīng)，但信號(hào)接收方是否反饋應(yīng)答始終成謎。為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了揮發(fā)物介導(dǎo)的雙向交流實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)受低溫脅迫的茶樹(shù)（供體）周?chē)姓２铇?shù)（受體）存在的情況下，供體的抗寒能力會(huì)顯著提高（圖1），證實(shí)了茶樹(shù)存在著“抱團(tuán)取暖”的現(xiàn)象。基于此，團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)大膽的推測(cè)：受體植株并非被動(dòng)接受信號(hào)，與人類(lèi)的語(yǔ)言交流類(lèi)似，植物之間也存在"雙向?qū)υ?huà)"。
為了尋找植物交流中的反饋信號(hào)，團(tuán)隊(duì)通過(guò)分析低溫交流后的鄰近受體茶樹(shù)的代謝物，發(fā)現(xiàn)受體植物通過(guò)釋放角鯊烯進(jìn)行應(yīng)答。繼而，團(tuán)隊(duì)通過(guò)外源角鯊烯處理，結(jié)合角鯊烯合成酶基因（SQS）沉默實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了角鯊烯可顯著提高初始信號(hào)供體茶樹(shù)的抗寒能力。為進(jìn)一步明確其作用機(jī)制，團(tuán)隊(duì)又利用轉(zhuǎn)錄組與靶向代謝分析等手段，證實(shí)受體茶樹(shù)釋放的角鯊烯可被供體茶樹(shù)吸收，促進(jìn)油菜素甾酮(Brassinosteroid, BR)的積累，通過(guò)激活CsCBF5冷響應(yīng)通路，提高供體茶樹(shù)的抗寒能力。
圖1 雙向交流實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及抗寒能力檢測(cè)
為了進(jìn)一步明確反饋信號(hào)角鯊烯調(diào)控茶樹(shù)抗冷的分子機(jī)制，團(tuán)隊(duì)又通過(guò)酵母單雜交、EMSA及雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)，證實(shí)BR信號(hào)通路轉(zhuǎn)錄因子CsBES1直接結(jié)合CsCBF5啟動(dòng)子并激活其表達(dá)。此外，還通過(guò)抑制BR合成，以及CsCBF5沉默驗(yàn)證了“CS-BES1-CBF5”通路在角鯊烯介導(dǎo)茶樹(shù)抗寒中的必要性（圖2）。與傳統(tǒng)ICE-CBF1路徑不同，該機(jī)制依賴(lài)BR信號(hào)核心轉(zhuǎn)錄因子CsBES1對(duì)CsCBF5的靶向調(diào)控（圖2）。
圖2 角鯊烯通過(guò)BES1-CsCBF5通路提高茶樹(shù)抗寒
圖3 回饋信號(hào)角鯊烯提高初始信號(hào)供體茶苗抗寒能力的模式圖
綜上所述，受體茶樹(shù)接收到信號(hào)后，不僅啟動(dòng)自身抗寒機(jī)制，而且還通過(guò)釋放角鯊烯反饋增強(qiáng)供體茶樹(shù)的抗寒能力，實(shí)現(xiàn)“報(bào)團(tuán)取暖，度寒冬”。該研究不僅突破了對(duì)植物間單向預(yù)警的傳統(tǒng)認(rèn)知，而且為植物群體智能響應(yīng)提供了全新研究范例。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹(shù)種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋傳奎教授為本文通訊作者，博士后靳潔陽(yáng)為第一作者。德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)Wilfried Schwab教授、荊婷婷副教授、王強(qiáng)副教授等共同參與研究。項(xiàng)目得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等資助。此外，該研究還得到了中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所，國(guó)家植物基因研究中心（北京）的褚金芳研究員和閆吉軍博士在測(cè)定BRs方面的技術(shù)支持。（圖文/靳潔陽(yáng) 編輯/管震宇 預(yù)審/宋傳奎 審核/夏利明）
