RAE1-STOP1模块调控拟南芥幼苗早期脱落酸敏感性的关键发现

在植物研究中，STOP1与 ABA 信号通路关系不明。南开大学生命科学学院等研究人员开展了拟南芥中 RAE1-STOP1模块对 ABA 敏感性调控的研究。结果发现该模块调节 ABA 响应，STOP1在 ABA 敏感性中呈双向作用。这为相关研究提供新方向。

　　在植物的生长发育过程中，各种调控机制相互交织，犹如一张精密的大网，其中脱落酸（ABA）和离子稳态的调控至关重要。ABA 作为一种关键的植物激素，在植物的生长、发育以及应对各种环境胁迫时发挥着核心作用，比如在种子休眠、萌发，幼苗生长以及植物应对干旱、盐碱等逆境时，ABA 都像是一位 “指挥官”，协调着植物体内的各种生理反应。而维持细胞离子平衡对于植物的正常生命活动同样不可或缺，它关乎植物的生长速度、抗逆能力等多个方面。

SENSITIVE TO PROTON RHIZOTOXICITY 1（STOP₁）转录因子是维持细胞离子平衡的关键调控因子，它通过激活一系列基因的表达，像 Aluminum-activated Malate Transporter（ALMT₁）、CALCINEURIN B-LIKE INTERACTING PROTEIN KINASE23（CIPK23）和 GLUTAMATE DEHYDROGENASE（GDHs）等，来调节细胞内有机酸和离子的状态，从而保障植物在复杂环境中的生存。然而，ABA 信号通路与 STOP₁介导的基因表达之间究竟存在怎样的联系，这个问题就像一团迷雾，一直困扰着科研人员。此前的研究虽然对 ABA 和 STOP₁各自的功能有了一定了解，但对于它们之间的相互作用机制却知之甚少。比如，ABA 如何影响 STOP₁的功能？STOP₁又怎样反过来影响 ABA 信号通路？这些问题的答案不仅能完善我们对植物生长调控机制的认知，还对提高植物抗逆性、促进农业生产有着重要意义。

为了揭开这层神秘的面纱，南开大学生命科学学院前沿科学中心细胞反应研究团队，联合中国科学院上海植物逆境生物学研究中心的研究人员，针对拟南芥展开了深入研究。他们将目光聚焦在 RAE₁-STOP₁模块上，致力于探索该模块在 ABA 敏感性调控中的作用机制。经过一系列严谨的实验和分析，研究人员取得了重要突破。他们发现，RAE₁-STOP₁模块在调节拟南芥幼苗早期对 ABA 的敏感性方面起着关键作用，而且 STOP₁在 ABA 敏感性调控中呈现出双向作用。这一发现为深入理解植物体内 ABA 信号通路与离子稳态调控之间的关系提供了新的视角，也为后续提高植物抗逆性的研究奠定了坚实基础。相关研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。

在研究过程中，研究人员运用了多种先进的技术方法。首先是 RNA 测序技术，通过对拟南芥幼苗进行 RNA 测序，分析基因表达谱的变化，从而筛选出与 ABA 响应相关的差异表达基因。其次是蛋白质免疫印迹（Western blot）技术，用于检测蛋白表达水平的变化，明确 STOP₁、ABI₅等关键蛋白在不同处理条件下的含量变化。此外，他们还利用了基因编辑技术，构建了多种突变体和过表达植株，为研究基因功能提供了有力的材料。

下面让我们详细了解一下研究结果：

• 外源 ABA 处理诱导 RAE₁表达：研究人员在 rae₁基因启动子区域发现多个 ABA 响应元件（ABRE），通过实时定量 PCR 和 GUS 活性检测实验证实，外源 ABA 处理能够显著诱导 RAE₁基因的表达，且 RAE₁主要在拟南芥的根和叶脉中表达。
• rae₁突变体在幼苗早期表现出对 ABA 的敏感性增加：通过对三个 rae₁纯合 T-DNA 插入突变体及其相应野生型进行 ABA 敏感性实验，发现 rae₁突变体幼苗的子叶绿化比例和鲜重显著降低，而两个互补系的 ABA 敏感性恢复到野生型水平，表明 RAE₁在幼苗早期对 ABA 响应起负调控作用。
• rae₁突变体对 ABA 敏感性增加可能与 STOP₁水平升高有关：研究人员推测 rae₁突变体对 ABA 敏感性增加与 STOP₁上调有关。实验结果显示，STOP₁过表达株系对 ABA 敏感性显著增加，且 ABA 处理能促进野生型中 STOP₁的泛素化和降解，但在 rae₁-b 突变体中无明显变化，表明 ABA 通过 RAE₁诱导的 STOP₁降解可能介导了幼苗对 ABA 的响应。
• rae₁突变体对 ABA 敏感性增加与 ABI₅的转录后上调有关：研究人员通过 RNA 测序分析发现，虽然 rae₁-b 突变体和野生型中 ABI₅转录水平无差异，但 ABI₅下游基因显著上调，表明 ABI₅存在转录后上调。进一步实验发现，abi₅-8::rae₁-b 双突变体的 ABA 敏感性显著降低，说明 rae₁突变体对 ABA 的敏感性可能受 ABI₅影响。
• STOP₁过表达和功能缺失株系对 ABA 的敏感性：研究发现，stop₁-2 突变体虽然 ABI₅蛋白水平降低，但对 ABA 的敏感性却增加，且其 ABA 响应基因的表达模式与 rae₁-b 和 STOP₁OE2 株系不同，表明 STOP₁在调控 ABA 敏感性中可能具有双向作用。

综合研究结果和讨论部分，此次研究意义重大。它首次揭示了 RAE₁-STOP₁模块在调节拟南芥幼苗早期对 ABA 敏感性中的关键作用，为理解植物体内 ABA 信号通路与离子稳态调控之间的关系提供了重要线索。同时，STOP₁在 ABA 敏感性调控中的双向作用也为后续研究提供了新的方向。这不仅有助于我们深入了解植物生长发育的调控机制，还为通过基因工程手段提高植物抗逆性提供了理论依据，有望在未来农业生产中发挥重要作用，助力培育出更适应恶劣环境的作物品种。