6月5日，Advanced Science在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心陳曉亞研究組黃金泉團(tuán)隊完成的題為Regulation of Glandular Size and Phytoalexin Biosynthesis by a Negative Feedback Loop in Cotton的研究論文。該研究報道了棉花中一個由VQ蛋白JAVL和MYC-like蛋白GoPGF形成的負(fù)反饋回路，闡明了其調(diào)節(jié)棉花色素腺體大小和天然產(chǎn)物生物合成的機(jī)制。植物在漫長的進(jìn)化歷程中形成了多樣且精妙的防御結(jié)構(gòu)以抵御病蟲害的侵?jǐn)_。在重要經(jīng)濟(jì)作物棉花中，色素腺體是分泌腔類防御結(jié)構(gòu)，起源于表皮下的一簇腺原基細(xì)胞。色素腺體廣泛分布在棉花的莖、葉、花和種子等器官，是棉花主要次生代謝產(chǎn)物的貯存“倉庫”，含有揮發(fā)性和非揮發(fā)性萜類化合物等次生代謝物。這些天然產(chǎn)物作為植保素發(fā)揮防御作用，是棉花抵抗病蟲害的“武器”。盡管已有色素腺體發(fā)育相關(guān)的基因被報道，但精確調(diào)節(jié)色素腺體大小的分子機(jī)制尚不清楚。研究棉花色素腺體發(fā)育的調(diào)控機(jī)制將為提高棉花綜合利用價值以及增強(qiáng)棉花對病蟲害的天然抗性提供新策略。研究發(fā)現(xiàn)，棉花中一個VQ蛋白JAVL負(fù)調(diào)控棉花色素腺體大小和防御化合物的生物合成，而此前報道的MYC2-like轉(zhuǎn)錄因子GoPGF則發(fā)揮相反的作用。GoPGF可以直接激活JAVL的轉(zhuǎn)錄，而JAVL抑制GoPGF的轉(zhuǎn)錄；GoPGF和JAVL之間建立了緊密的負(fù)反饋調(diào)節(jié)回路以維持彼此表達(dá)量的穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而控制色素腺體大小和次生代謝化合物含量。此外，JAVL可以抑制茉莉素生物合成途徑關(guān)鍵基因AOS等的轉(zhuǎn)錄，GoPGF可以激活A(yù)OS的轉(zhuǎn)錄，而JAVL又可以與GoPGF蛋白水平相互作用以減弱其激活作用，負(fù)調(diào)控茉莉素的生物合成，維持茉莉素含量的穩(wěn)態(tài)。研究顯示，GoPGF和JAVL的比例（G/J）是決定棉花色素腺體大小和植保素類化合物含量的關(guān)鍵因素。在正常情況下，G/J在mRNA和蛋白質(zhì)水平上通常保持在較低水平，而JAVL抑制GoPGF和AOS的轉(zhuǎn)錄，從而維持茉莉素的較低水平、色素腺體的正常大小以及防御化合物的基礎(chǔ)水平。在G/J顯著增加的植株中，JAVL的抑制作用降低，導(dǎo)致GoPGF和AOS的表達(dá)量上調(diào)，從而促進(jìn)茉莉素積累、色素腺體增大和防御化合物增加，使植物表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗病蟲能力。該研究提出了新的調(diào)控棉花色素腺體大小和天然產(chǎn)物生物合成的負(fù)反饋機(jī)制，為增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力與作物抗逆性提供了新思路。研究工作得到科技創(chuàng)新2030-重大項目、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等的支持。論文鏈接棉花色素腺體大小和天然產(chǎn)物合成的負(fù)反饋調(diào)控模型