茉莉酸通过上调P2K1受体增强植物细胞外ATP信号传导的机制研究

本研究揭示茉莉酸（JA）通过上调嘌呤受体P2K1基因表达，显著增强植物对细胞外ATP（eATP）的敏感性，介导胞质钙离子（[Ca2+]cyt）升高和转录重编程。该发现阐明了JA与eATP信号通路的交叉互作机制，为植物抗逆响应调控提供了新靶点。

　　

SUMMARY

细胞外ATP（eATP）作为重要的信号分子，在拟南芥中通过嘌呤受体P2K1介导下游响应。先前研究表明，eATP诱导的转录应答依赖于茉莉酸（JA）信号通路组分，包括JA受体COI1和bHLH转录因子MYCs。然而，JA本身对eATP信号的具体调控机制尚不明确。本研究报道了JA通过P2K1受体增强植物对eATP的响应能力。

INTRODUCTION

ATP在细胞内维持高浓度（约mM），而在胞外空间以低浓度（约nM）存在，作为细胞间通讯的关键信号分子。植物嘌呤信号研究自首个嘌呤受体P2K1发现以来取得显著进展，该受体在拟南芥突变体中丧失eATP诱导的胞质钙离子（[Ca²⁺]_cyt）响应能力。eATP通过P2K1调控植物生长和防御机制，尤其在生物和非生物胁迫下发挥作用，被认定为损伤相关分子模式（DAMP）。eATP与JA信号通路存在显著交叉，两者诱导的转录响应高度相似，且JA信号组分（COI1、MYC2/3/4）为eATP应答所必需。

RESULTS

JAZ1蛋白稳定性不受eATP信号影响

尽管eATP信号依赖JA受体COI1，但实验发现1 mM ATP处理30分钟并未引起JAZ1-GUS融合蛋白降解，而2 μM甲基茉莉酸（MeJA）处理使蛋白水平降低48%。在JA合成突变体aos中，ATP同样不影响JAZ1稳定性。这表明eATP信号不依赖JAZ1蛋白降解途径。

JA预处理通过P2K1依赖途径增强eATP诱导的钙响应

表达钙报告蛋白aequorin的转基因幼苗经50 μM MeJA预处理后，100 μM ATP诱导的[Ca²⁺]_cyt响应增强50%，峰值提前。p2k1-3突变体则完全丧失钙响应能力。MeJA处理3小时即可显著增强响应，且效应呈剂量依赖性（6.25-100 μM）。值得注意的是，MeJA处理1和16小时后可检测到培养基中ATP释放。

植物应激激素对ATP钙响应的差异化调控：JA增强与SA抑制

50 μM MeJA预处理使ATP钙响应增强50%，而300 μM水杨酸（SA）抑制40%。乙烯前体ACC和脱落酸（ABA）处理无显著影响，表明JA和SA在调控eATP信号中发挥拮抗作用。

COI1是JA priming eATP钙响应的必需因子

利用coi1-1突变体与aequorin表达株系的杂交后代发现，MeJA预处理仅能在COI1功能正常的植株中增强ATP钙响应。coi1-1突变体即使经MeJA处理仍表现显著降低的钙响应，表明COI1是JA priming效应的核心介质。

JA通过COI1依赖方式诱导P2K1基因表达

MeJA处理使WT和COI1+/-植株中P2K1转录水平上调6倍，而coi1-1突变体无响应。机械损伤1小时后同样诱导P2K1表达（4倍），且该诱导完全依赖COI1。染色质免疫沉淀测序显示MYC2/3转录因子结合P2K1启动子区域，进一步证实JA信号直接调控P2K1表达。

JA增强eATP响应基因表达

通过预先MeJA处理使JA响应基因恢复基线水平后，ATP处理显著诱导LOX3、CPK28、RBOHD、P2K1、JAZ1和ACS6等基因表达。统计分析显示MeJA、ATP及其交互作用均具有显著效应（P<2e-16），证实JA priming对eATP转录响应的增强作用。

DISCUSSION

本研究揭示JA通过COI1依赖的P2K1基因上调机制增强eATP信号传导。JA处理诱导MYC2/3转录因子结合P2K1启动子，即使在低浓度JA（模拟创伤后内源水平）下仍能显著增强响应。尽管早期报道eATP诱导JAZ1降解，本研究未重复该现象，提示eATP激活JA响应基因可能存在替代机制。MAPK磷酸化可能介导eATP对MYC2的激活，形成JA-eATP信号放大环路。该互作不仅参与防御priming，可能通过植物激发肽（PEPs）信号参与组织再生过程。

MATERIALS AND METHODS

实验采用表达aequorin、JAZ1-GUS及coi1-1等突变体的拟南芥材料。钙测定通过共注射器添加ATP后记录发光值，采用Knight公式计算[Ca²⁺]_cyt