独脚金内酯调控拟南芥伤口信号中茉莉酸依赖性转录重编程的新机制

本研究针对植物机械损伤响应中独脚金内酯（SLs）的作用机制不明确的问题，通过比较野生型拟南芥和SL合成缺陷突变体max3的转录组差异，首次揭示SLs通过调控AP2/ERF、WRKY和C2H2锌指转录因子模块，增强茉莉酸（JA）信号通路、活性氧（ROS）稳态和组织再生相关基因的表达，从而协调伤口诱导的转录预备和激活。该研究拓展了SLs在应激响应中的功能范畴，为作物抗逆育种提供了新靶点。

　　

植物在自然界中常面临机械损伤和植食性昆虫攻击，这些胁迫会破坏组织完整性并触发防御反应。虽然机械损伤与昆虫取食会引发部分重叠的下游响应，但它们的初始识别机制存在显著差异：机械损伤仅造成物理组织破坏，而虫害还涉及昆虫口腔分泌物或产卵液中的昆虫相关分子模式（HAMPs）的引入。目前，茉莉酸（JA）、乙烯和水杨酸（SA）在伤口响应中的作用已被广泛表征，但独脚金内酯（strigolactones, SLs）——一类调节植物分枝、根系发育和应激适应的类胡萝卜素衍生激素——是否参与此过程仍属未知。鉴于SLs在与其他激素通路交互和活性氧（ROS）稳态中的潜在作用，其在伤口诱导的转录和生理响应中的功能值得深入探索。

为探究SLs是否调控拟南芥伤口响应，研究人员利用SL生物合成突变体more axillary growth3（max3）和野生型（Columbia-0）进行转录组分析。结果表明，SLs通过调节一个由AP2/ERF、WRKY和C2H2锌指转录因子组成的转录模块，整合JA信号、ROS平衡和组织再生过程，从而增强早期JA依赖性响应。该研究首次揭示SLs在伤口信号中的上游调控作用，为理解激素串扰（crosstalk）和应激适应提供了新视角。相关成果发表于《Journal of Applied Genetics》。

本研究主要采用以下技术方法：以拟南芥野生型（Col-0）和max3突变体为材料，在4周龄幼苗上进行机械伤口处理（使用0.5 mm针头穿刺叶片），3小时后收取地上部组织；通过mirVana? miRNA Isolation Kit提取总RNA，构建链特异性mRNA文库；使用Illumina平台进行高通量测序，经质量控制和HISAT2比对参考基因组（TAIR10）；通过featureCounts和DESeq2进行基因表达量化和差异表达分析（|log₂FC|≥1且FDR≤0.01）；利用PlantTFDB和STRING数据库进行转录因子注释、启动子 motif 富集及蛋白质互作预测；通过Araport检索基因本体（GO）功能注释。

Wound-induced transcriptome response in WT and max3

通过比较伤口处理3小时后的转录组变化，发现野生型中有5,569个基因差异表达（3,127个上调、2,442个下调），而max3中有6,385个基因（3,105个上调、3,280个下调）。GO分析显示，野生型中87个上调基因和17个下调基因注释为“响应伤口”，max3中分别为44个上调和36个下调。尽管多数差异表达基因（DEGs）在两种基因型中重叠，但JA生物合成和信号相关基因的诱导幅度在max3中显著降低，表明SLs部分调控伤口转录响应。

SL-dependent transcriptome response to wounding

进一步分析发现，2,186个DEGs（1,122个上调、1,064个下调）为野生型特有，包括JA通路核心基因如AOC2（AT3G25770）、OPR3（AT2G06050）、DGL（AT1G05800）和JAZ1（AT1G19180）。这些基因涉及JA生物合成和伤口响应，但其激活依赖于SLs。相反，野生型特有下调基因多为光合作用相关成分（如LHCB3、PSAK）。共有3,340个DEGs在两种基因型中共同响应伤口，说明SLs独立和依赖通路并存。

Enrichment analysis of SL-dependent wound-responsive genes

GO富集分析显示，野生型特有上调基因显著富集于“响应伤口”（富集倍数3.7，FDR=2.4×10^?8）、JA信号（“响应脂肪酸”、“响应茉莉酸”）和解毒/缺氧过程。而下调基因富集于光合作用相关术语（如“光合光反应”，富集倍数6.8，FDR=1.1×10^?16），表明SLs协调伤口下的能量分配防御策略。

SL-dependent TFs involved in the response to wounding

在野生型特有上调的123个转录因子中，包括ZAT12（AT5G59820）、ERF5（AT5G47230）、ZAT10（AT1G27730）、MYB4（AT4G38620）、WRKY53（AT4G23810）和未表征C2H2锌指基因AT3G53600，这些因子均被报道参与JA介导的伤口信号。启动子 motif 分析预测出19个过度表征的TFs（如WIND1、CAMTA3、CAMTA5、ORA47、DDF1），它们调控野生型特有DEGs的表达，且多数在独立伤口转录组数据中验证为伤口诱导。蛋白质互作网络显示这些TFs形成高度互联模块，与JA信号、ROS稳态和发育调节（如WOX5、LHY、ARF5）相关。

SL-related transcriptome differences under control conditions

比较未处理条件下max3与野生型的转录组，发现867个基因差异表达（757个上调、110个下调），其中173个（19.9%）与野生型伤口特异DEGs重叠，包括JA生物合成酶（LOX、AOC、OPR亚型）、JAZ1及伤口响应TFs（ZAT10、ZAT12、AT3G53600）。启动子 motif 富集进一步揭示9个伤口相关TFs的靶基因在突变体中基础表达失调，表明SLs在静息状态下抑制这些基因的过早激活，维持转录预备状态。

研究结论表明，SLs通过调控一个由C2H2锌指蛋白（ZAT10、ZAT12）、AP2/ERF因子（ERF5、ORA47、WIND1）和WRKY蛋白组成的转录枢纽，整合JA生物合成、ROS信号和组织再生途径。在野生型中，SL信号维持这些TFs的低基础表达和可诱导性，伤口后快速激活JA爆发和再生程序；而在max3突变体中，该枢纽部分预激活但伤口诱导失效，导致JA积累不足和防御响应减弱，形成“预备但低敏感”状态。讨论部分强调，SLs作为JA信号的上游调节者，协调转录预备性和损伤后激活的平衡，其功能可能因组织、发育阶段或胁迫类型而异。该研究拓展了SLs在应激响应中的功能范畴，为作物抗逆和再生育种提供了潜在靶点。