朱小潔 王雯 于倩倩 耿雅婷 朱沂昕 劉立科

(聊城大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 聊城 252059)

種子是被子植物在復(fù)雜環(huán)境中生存和延續(xù)的關(guān)鍵，植物種子的異常發(fā)育可能會(huì)導(dǎo)致后代的生長(zhǎng)繁殖受阻，同時(shí)種子的發(fā)育程度也決定著大多數(shù)農(nóng)作物的產(chǎn)量。胚胎、胚乳和種皮的發(fā)育是種子的主要組成部分，決定了籽粒的生長(zhǎng)發(fā)育，雖然這3個(gè)主要部分表現(xiàn)出不同的形態(tài)和功能，但必須協(xié)調(diào)生長(zhǎng)才能實(shí)現(xiàn)種子的正常發(fā)育，這一過程由多種調(diào)控途徑共同作用，構(gòu)成復(fù)雜的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

在先前的研究中，確定了幾種影響種子發(fā)育的信號(hào)通路，包括IKU通路、泛素-蛋白酶體通路、G蛋白信號(hào)通路和MAPK信號(hào)通路[1]。在多種信號(hào)調(diào)控途徑中，植物激素同樣在種子發(fā)育調(diào)控中起重要作用，生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素、油菜素內(nèi)酯和赤霉素是控制種子發(fā)育的關(guān)鍵成分，也成為當(dāng)前種子發(fā)育調(diào)控的研究熱點(diǎn)。本文以這4類植物激素的生物合成及激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程為主，總結(jié)激素傳導(dǎo)通路上影響種子發(fā)育的調(diào)控基因及激素間互作關(guān)系，這些內(nèi)容將有助于未來在作物研究中進(jìn)行反向遺傳實(shí)驗(yàn)的基因選擇，推動(dòng)種子發(fā)育研究的進(jìn)一步發(fā)展。

1 生長(zhǎng)素

1.1 生長(zhǎng)素在種子發(fā)育過程中的功能

生長(zhǎng)素(Auxin)簡(jiǎn)稱IAA，是調(diào)控種子發(fā)育過程的主要激素，并存在于種子發(fā)育的所有階段，從受精開始到種子成熟都保持著高水平積累，調(diào)控受精后胚胎、胚乳和種皮的發(fā)育。生長(zhǎng)素在胚胎發(fā)生早期通過影響胚體的頂基極性，以濃度依賴的方式驅(qū)動(dòng)生長(zhǎng)和發(fā)育，在胚的形成中起重要作用，因此生長(zhǎng)素也成為眾多植物激素中對(duì)種子發(fā)育影響最大的植物激素，生長(zhǎng)素信號(hào)通路如圖1所示。

圖1 生長(zhǎng)素信號(hào)通路

1.2 生長(zhǎng)素調(diào)控基因

1.2.1 IAA的運(yùn)輸

生長(zhǎng)素外排載體PINs和內(nèi)流載體AUX/LAX介導(dǎo)了種子發(fā)育過程中生長(zhǎng)素的主動(dòng)運(yùn)輸，是調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸?shù)闹匾鞍?。目前已知LAX1、LAX2和LAX3參與生長(zhǎng)素細(xì)胞內(nèi)流，Robert等[2]在甘藍(lán)型油菜小孢子胚和擬南芥合子胚中，證明了AUX1、LAX1和LAX2是芽和根形成所必需的調(diào)控因子。生長(zhǎng)素外流載體PIN3和內(nèi)流載體AUX1參與生長(zhǎng)素的極性分布，PIN3表達(dá)于被膜最內(nèi)層，AUX1在胚乳和外被層均有表達(dá)，介導(dǎo)種皮中生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸[3]，ENP(PINOID增強(qiáng)子)也可以通過與PID(PINOID蛋白激酶)一起控制PIN1的極性特異性來調(diào)節(jié)子葉發(fā)育[4]。這些載體的細(xì)胞定位表明了生長(zhǎng)素的流向，從而形成了生長(zhǎng)素的濃度梯度，控制生長(zhǎng)素運(yùn)輸?shù)钠胶狻?/p>

1.2.2 IAA生物合成

生長(zhǎng)素的主要來源是生物合成，色氨酸(L-TrP)和吲哚-3-丙酮酸(IPyA)共同介導(dǎo)IAA的生物合成。YUCCA(YUCs)類基因編碼含黃素單氧化酶，與IPyA協(xié)同作用下控制IAA的生物合成。在玉米中，ZmYuc1基因編碼玉米胚乳特異性YUCCA1蛋白，其基因缺失突變體de18的IAA生物合成受損，導(dǎo)致胚乳增殖缺陷，使種子變小[5]。在進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，RGB1基因的下調(diào)顯著降低生長(zhǎng)素含量，延緩籽粒發(fā)育，降低了淀粉積累和籽粒重，OsNFYB1作為RGB1的關(guān)鍵下游效應(yīng)因子，直接與OsYUC11的啟動(dòng)子相互作用，刺激OsYUC11的表達(dá)，從而調(diào)控生長(zhǎng)素的生物合成[6]。總的來說，YUCs成員通過動(dòng)態(tài)表達(dá)調(diào)控種子局部生長(zhǎng)素的生物合成來調(diào)控種子發(fā)育，但生長(zhǎng)素調(diào)節(jié)機(jī)制卻大多都集中在YUCs調(diào)控環(huán)節(jié)上，TAA調(diào)控生長(zhǎng)素合成的基因還未有過多報(bào)道。

1.2.3 ARF相關(guān)基因

ARF是調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素應(yīng)答基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，具有識(shí)別下游基因啟動(dòng)子區(qū)域內(nèi)的生長(zhǎng)素反應(yīng)元件并調(diào)節(jié)其表達(dá)的能力。生長(zhǎng)素反應(yīng)因子ARF2是ARF轉(zhuǎn)錄因子家族成員，MNT編碼的ARF2是細(xì)胞分裂和器官生長(zhǎng)的抑制因子，擬南芥功能缺失突變體mnt的種子與野生型相比大小和重量都有所增加[7]。過表達(dá)microRNA167A可以降低亞麻薺中α-亞麻酸含量，還可以通過靶向作用于ARF6和ARF8來調(diào)節(jié)胚胎和胚乳的發(fā)育，使種子增大[8]。在甘藍(lán)型油菜的9號(hào)染色體上還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)數(shù)量性狀位點(diǎn)ARF18，其編碼生長(zhǎng)素反應(yīng)因子，在角果發(fā)育過程中調(diào)節(jié)細(xì)胞壁的細(xì)胞生長(zhǎng)，從而影響種子質(zhì)量[9]。綜上所述，一旦ARF的表達(dá)出現(xiàn)被抑制或被激活，其相應(yīng)的生長(zhǎng)素反應(yīng)基因也會(huì)被激活或去抑制。

2 細(xì)胞分裂素

2.1 細(xì)胞分裂素功能在種子發(fā)育過程中的功能

細(xì)胞分裂素(Cytokinin，CK)的主要功能為促進(jìn)細(xì)胞分裂，影響細(xì)胞周期，主要作用于種子發(fā)育初始階段。在胚珠的形成階段，CK信號(hào)增強(qiáng)可以促進(jìn)細(xì)胞分裂，產(chǎn)生更多的胚珠，胚珠的形成也是影響種子產(chǎn)量的關(guān)鍵，發(fā)育初始階段CK合成相關(guān)基因的高表達(dá)可提高種子數(shù)量[10]。種子的發(fā)育與胚和胚乳中CK水平的升高密不可分，CK信號(hào)通路如圖2所示。

圖2 細(xì)胞分裂素信號(hào)通路

2.2 細(xì)胞分裂素相關(guān)調(diào)控基因

2.2.1 CK的合成與分解

IPTs(異戊烯基轉(zhuǎn)移酶)和LOGs(細(xì)胞分裂素核苷5′-單磷酸鹽磷酸核糖水解酶)是參與CK合成的關(guān)鍵酶，植物中CK含量的多少可以直接調(diào)節(jié)種子發(fā)育的過程，因此控制CK合成與分解的過程尤為重要。TMO5/LHW通過LOG4控制CK生物合成，因此，TMO5是生長(zhǎng)素的直接反應(yīng)基因，TMO5的表達(dá)標(biāo)志著球形胚胎時(shí)期細(xì)胞的建立[11]。擬南芥中，AtENO2編碼的蛋白AtENO2和AtMBP-1與AtbZIP75相互作用，控制種子中的CK的含量，而AtENO2功能的缺失導(dǎo)致了與烯醇化酶活性降低相關(guān)的發(fā)育缺陷，其突變體降低了CK的含量，與野生型植株相比，AtENO2突變體種子中葡萄糖含量顯著升高，淀粉含量顯著降低，導(dǎo)致子葉變小，種子的大小和重量減小[12]。

CK的分解由CKXs(細(xì)胞分裂素氧化酶/脫氫酶)催化，CKXs可使具有生物活性的CK失活，是植物內(nèi)源CK的負(fù)調(diào)控因子。如，來自擬南芥的CKX3，CKX5基因可直接分解細(xì)胞分裂素，ckx3-ckx5功能缺失雙突變體可以進(jìn)一步驗(yàn)證CKX的分解作用，該突變體中活性CK的升高使擬南芥形成較大的花序和花分生組織，證明CKX3和CKX5可調(diào)控生殖分生組織的活性[13]。另一個(gè)負(fù)調(diào)控因子CKX2可啟動(dòng)籽粒大小，Tsago等[14]在水稻Osckx2-2突變體中可以得到相似的結(jié)論，OsCKX2-2基因與野生型相比表達(dá)量更低，CKX活性的降低，使其籽粒相比于野生型更長(zhǎng)、更寬、更重。

2.2.2 CK受體相關(guān)

CK信號(hào)由細(xì)胞膜上的HK(組氨酸激酶)感知，HK5和HK6作為細(xì)胞分裂素受體，可調(diào)節(jié)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)方面，在水稻hk5和hk6單突變體中，其根生長(zhǎng)、葉寬、花序結(jié)構(gòu)和花發(fā)育會(huì)受到影響，在hk5-hk6雙突變體中表現(xiàn)出更嚴(yán)重的缺陷[15]。HK受體的缺失導(dǎo)致CK無法在細(xì)胞膜上被特異性識(shí)別，胞內(nèi)也無法進(jìn)行下一步蛋白磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)。

2.2.3 CK反應(yīng)調(diào)節(jié)因子

細(xì)胞核內(nèi)，CK信號(hào)通路涉及1個(gè)B型反應(yīng)調(diào)節(jié)因子(RRB，在擬南芥中稱為ARR-B)和1個(gè)A型反應(yīng)調(diào)節(jié)因子(RRA，擬南芥中稱為ARR-A)，其中，ARR-B是調(diào)控CK應(yīng)答基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄及表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，B型ARR功能缺失的三突變體arr1，10，12表現(xiàn)出生殖缺陷，雌蕊和花長(zhǎng)較短，胚珠較少的性狀，導(dǎo)致擬南芥種子數(shù)量減少[16]，這證明了B型ARR是CK信號(hào)轉(zhuǎn)到中的重要環(huán)節(jié)，大多學(xué)者報(bào)道了其在CK信號(hào)通路上的功能，但近些年對(duì)調(diào)控B型ARR的遺傳因子還未有更深入的研究。

3 油菜素內(nèi)酯

3.1 油菜素內(nèi)酯在種子發(fā)育過程中的功能

油菜素內(nèi)酯(Brassinolide，BR)作為主要的植物激素之一，對(duì)植物正常生長(zhǎng)、發(fā)育和適應(yīng)生物和非生物脅迫的各種過程至關(guān)重要，參與一系列的生理過程。在種子發(fā)育過程中，可以調(diào)節(jié)胚珠數(shù)及花粉發(fā)育，其中最重要的功能是BR可以使種子粒寬、粒長(zhǎng)等形態(tài)特征發(fā)生改變，對(duì)控制種子的形狀有重要作用[17，18]，BR信號(hào)通路如圖3所示。

圖3 油菜素內(nèi)酯信號(hào)通路

3.2 BR參與種子發(fā)育的調(diào)控基因

3.2.1 BR生物合成

BR以劑量依賴的方式控制植物的生長(zhǎng)發(fā)育，因此種子中BR的生物合成至關(guān)重要。小麥中同樣發(fā)現(xiàn)了編碼BR生物合成酶的TaD11基因，該基因在根和籽粒中高表達(dá)，而外源BR可顯著抑制其表達(dá)，TaD11-2A基因缺失突變體tad11-2a-1內(nèi)源BR含量降低，表現(xiàn)為矮化和小種子[19]。此外，在水稻中利用種子特異表達(dá)啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)BR合成關(guān)鍵酶基因OsDWF4的表達(dá)也可以顯著提高水稻粒長(zhǎng)和單株粒數(shù)[18]。綜上所述，可以看出D11是BR合成過程中極其重要的調(diào)控因子，BR的合成可直接影響種子發(fā)育，造成種子形狀的改變。

3.2.2 BR受體相關(guān)

BRI1(BR受體激酶)是一種質(zhì)膜富亮氨酸重復(fù)體樣激酶，也是擬南芥的主要BR結(jié)合受體，BRI1作為BR信號(hào)的結(jié)合受體，是BR胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的第1步。Jaiswal等[20]研究發(fā)現(xiàn)，攜帶突變基因BRI1的116、144和168號(hào)大麥育種品系的粒級(jí)分布發(fā)生了變化，其中最大直徑發(fā)生了顯著變化，但直鏈淀粉濃度差異不顯著，BRI1突變還改變了B型和C型小淀粉顆粒的支鏈淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致攜帶BRI-1突變的基因型中A型葡聚糖短鏈的比例增加(<10DP)，B2鏈的比例減少(25-36DP)。這證明了BRI1在種子發(fā)育中的重要性，異常的BRI1會(huì)延遲籽粒發(fā)育、直鏈淀粉合成和淀粉在胚乳中的積累，籽粒發(fā)育的延遲可導(dǎo)致作物產(chǎn)量的增加，可以猜測(cè)其籽粒形態(tài)的改變是因胚乳中淀粉顆粒的支鏈淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)的改變而改變的。

3.2.3 BZR1相關(guān)基因

BR通過一系列磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，利用PP2A(蛋白磷酸酯酶2A)使BZR1/BES1去磷酸化，并與14-3-3蛋白解離，使BZR1/BES1聚集在細(xì)胞核內(nèi)，誘導(dǎo)下游調(diào)控植物種子生長(zhǎng)發(fā)育過程中多種基因的表達(dá)。

OsBZR1與BR合成基因D11相似，BR信號(hào)感知因子OsBZR1的過表達(dá)可直接促進(jìn)CSA的表達(dá)，從而觸發(fā)花粉和種子發(fā)育過程中糖分配和代謝基因的表達(dá)，導(dǎo)致花藥和種子中的糖分積累量的增加，進(jìn)提高籽粒產(chǎn)量[21]。而OsBZR1又與OFP1啟動(dòng)子相關(guān)聯(lián)，OFP1通過高BR信號(hào)參與抑制植物生長(zhǎng)，因此，OFP1過表達(dá)也會(huì)導(dǎo)致籽粒形狀的改變[17]。GW5也是一種BR信號(hào)正調(diào)控因子，在水稻各器官中均有表達(dá)，幼嫩穗中表達(dá)量最高，影響水稻籽粒寬度和籽粒重量，GW5蛋白可與擬南芥GSK2(糖原合成酶激酶2)相互作用，抑制GSK2的活性，使未磷酸化的OsBZR1蛋白在細(xì)胞核中積累，從而介導(dǎo)BR應(yīng)答基因表達(dá)和生長(zhǎng)應(yīng)答[22]，GW5缺失型水稻品種的籽型發(fā)生改變，有著較短的粒長(zhǎng)、較寬的粒寬、較厚的粒厚、較小的長(zhǎng)寬比和較重的千粒質(zhì)量[23]。

4 赤霉素

4.1 赤霉素在種子發(fā)育過程中的功能

赤霉素(Gibberellin，GA)最早發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)初，與脫落酸(Abscisic acid，ABA)在植物體內(nèi)相互作用，是拮抗調(diào)節(jié)種子發(fā)育和萌發(fā)的主要激素，也是胚胎發(fā)育的負(fù)調(diào)控因子。在胚胎分化階段，可促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和膨脹，同時(shí)控制籽粒灌漿過程中胚乳細(xì)胞的伸長(zhǎng)和分裂[24]，GA信號(hào)通路如圖4所示。

圖4 赤霉素信號(hào)通路

4.2 GA相關(guān)調(diào)控基因

4.2.1 GA的生物合成

GA生物合成的后期，GA生物活性的水平主要由3種酶控制，GA20ox和GA3ox催化中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為具有生物活性的赤霉素，另一種酶GA2ox，催化有生物活性的GA轉(zhuǎn)化為無活性的分解代謝產(chǎn)物，研究發(fā)現(xiàn)，這3種酶可以依據(jù)GA濃度在細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)活性GA的生物合成，控制種子發(fā)育。

GA20ox基因編碼GA合成途徑中的關(guān)鍵酶GA20ox，可使無活性的GA催化生成有活性的GA，過表達(dá)GA20oX提高了轉(zhuǎn)基因植物種子的大小，即GA20ox可以通過影響赤霉素的生物合成而正向調(diào)控大豆種子大小[25]。GA3ox是大豆赤霉素合成途徑的另一個(gè)關(guān)鍵酶，GmGA3ox1基因編碼該酶，敲除GmGA3ox1可導(dǎo)致許多光合作用相關(guān)基因的上調(diào)，雖然減少了赤霉素的生物合成，但促進(jìn)了大豆的光合作用，可在總體上提高種子產(chǎn)量[26]。而GA2ox與GA20ox、GA3ox催化作用相反，可使胚乳中有生物活性的GA失活，擬南芥種子中，在MEDEA啟動(dòng)子的控制下，過表達(dá)PsGA2ox基因可導(dǎo)致種子流產(chǎn)和抑制花粉管的生長(zhǎng)[27]。綜上所述，GA含量的適當(dāng)減少可以在一定程度上提升作物產(chǎn)量，但GA含量過少會(huì)導(dǎo)致種子發(fā)育缺陷，證明胚乳中活躍的GAs對(duì)種子的正常發(fā)育至關(guān)重要。

4.2.2 GA受體相關(guān)

赤霉素受體GID1感知到有生物活性的GA時(shí)，植物中的GA信號(hào)開始細(xì)胞內(nèi)傳導(dǎo)。GID1A，GID1B和GID1C為3個(gè)GA受體基因，GID1A在整個(gè)雌蕊中表達(dá)，在坐果和生長(zhǎng)過程中起主要作用；GID1B在胚珠中表達(dá)，種子發(fā)育中起作用；GID1C在瓣中表達(dá)，可調(diào)控莢果的伸長(zhǎng)，其三突變體表現(xiàn)出比極端GA缺乏突變體更嚴(yán)重的矮化表型，發(fā)育遲緩，花的形成時(shí)間較長(zhǎng)且花器官發(fā)育缺陷嚴(yán)重[28]。楊曉穎等[29]對(duì)水稻中另一個(gè)GA受體基因OsGRL1的功能進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)與GID1不同，OsGRL1定位于細(xì)胞膜上而非細(xì)胞核中，且不受外源GA的誘導(dǎo)，這可能是不同于GID1的調(diào)節(jié)機(jī)制，OsGRL1基因突變使GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中抑制基因SLR1的表達(dá)下調(diào)，提高了突變體對(duì)GA敏感性，體表現(xiàn)出穗頸伸長(zhǎng)、籽粒變小和千粒重降低的表型。這些證明了受體基因在GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的重要程度，相關(guān)基因的低表達(dá)會(huì)造成種子生長(zhǎng)發(fā)育缺陷。

4.2.3 DELLA蛋白相關(guān)基因

當(dāng)GA與GID1結(jié)合后進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，GA信號(hào)通路以DELLAs為中心，可抑制GA依賴的生物過程，是GA信號(hào)的負(fù)調(diào)控因子，E3泛素連接酶參與GA感知和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，通過泛素26S蛋白酶體途徑降解DELLAs。擬南芥TaGW2-6A可編碼RINGE3泛素連接酶，因此NIL31(TaGW2-6A等位基因變異)中GA生物合成和應(yīng)答基因的表達(dá)量更高，導(dǎo)致GASA4的高表達(dá)，通過GA激素途徑控制籽粒灌漿過程中胚乳細(xì)胞的伸長(zhǎng)和分裂[24]。

5 植物激素間的相互作用

5.1 GA信號(hào)通路中DELLA蛋白介導(dǎo)的激素互作

GA在一些花的形成過程中有負(fù)調(diào)控作用，BR可以在番茄胚珠形成過程中下調(diào)赤霉素合成的關(guān)鍵蛋白基因GA20ox1，在該過程中對(duì)GA的生物合成起反向作用，降低有活性GA水平，減少DELLA蛋白的降解，BR通過這種方式穩(wěn)定DELLA蛋白，使胚珠原基形成[30]。DELLA可與BR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的BZR1/BES1相互作用，而且對(duì)BZR1的轉(zhuǎn)錄活性也有抑制作用，BR信號(hào)通過促進(jìn)BZR1與DELLA相互作用來增強(qiáng)GA信號(hào)傳導(dǎo)，從而減輕DELLA對(duì)GA介導(dǎo)的生長(zhǎng)的抑制，建立了DELLAs作為BR和GA之間信號(hào)串?dāng)_的介質(zhì)，控制細(xì)胞伸長(zhǎng)和調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)[31]。

GA和ABA作為拮抗劑，拮抗調(diào)節(jié)種子發(fā)育和萌發(fā)，DELLA，ABI3和ABI5形成蛋白復(fù)合物，可以激活種子萌發(fā)的關(guān)鍵抑制因子SOM基因的表達(dá)，共同介導(dǎo)GA和ABA信號(hào)，激活A(yù)BA生物合成并抑制GA生物合成[32]。

5.2 IAA相關(guān)的激素互作

在植物體內(nèi)，IAA與CK相互作用，TMO5是生長(zhǎng)素直接反應(yīng)基因，LOG4是編碼CK生物合成過程中的關(guān)鍵酶，而LOG4又是TMO5/LHW的直接靶基因，生長(zhǎng)素作用于TMO5/LHW后，通過LOG4控制CK生物合成，因此CK可被生長(zhǎng)素誘導(dǎo)[11]。此外，TAA1和PIN3可被CK及轉(zhuǎn)錄因子SPT激活，SPT及CK可能共同促進(jìn)編碼TAA1和PIN3基因的表達(dá)，從而產(chǎn)生對(duì)雌蕊生長(zhǎng)非常重要的生長(zhǎng)素[16]。

生長(zhǎng)素信號(hào)通路的缺陷可導(dǎo)致種子萌發(fā)過程中ABA修飾的敏感性，ABI4和ABI5是生長(zhǎng)素介導(dǎo)的抑制種子萌發(fā)的重要調(diào)節(jié)因子，因此ABA抑制生長(zhǎng)素介導(dǎo)的種子萌發(fā)[33]。

5.3 BR相關(guān)的激素互作

BR和ABA信號(hào)通路之間存在復(fù)雜的相互作用，Li等[34]證明ABA通過誘導(dǎo)BR合成調(diào)控基因OsGSR1的表達(dá)來激活BR合成，且ABA僅依賴于ABA信號(hào)核心轉(zhuǎn)錄因子ABI3調(diào)控OsGSR1表達(dá)，這證明了ABA與BR之間協(xié)同交互作用的存在，并揭示了這一協(xié)同作用部分依賴ABI3-OsGSR1模塊的分子機(jī)制。

CK還可以上調(diào)BR生物合成(DFW4)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(BRI1、BAK1)基因，BR上調(diào)IPT，IPT是生物活性CK生物合成的主要酶[35]，同時(shí)增加BR和CK含量能提高胚珠數(shù)和種子數(shù)，BR和CK在種子發(fā)育中表現(xiàn)出正交互作用，這表明BR-CK串?dāng)_可能有助于改變?cè)?庫關(guān)系，提高作物產(chǎn)量和脅迫響應(yīng)。

5.4 ET相關(guān)的激素互作

乙烯(Ethylene，ET)是一種氣體植物激素，對(duì)擬南芥種子萌發(fā)具有拮抗作用，而對(duì)GA具有協(xié)同作用。在萌發(fā)過程中，ABA和GA處理對(duì)乙烯生物合成的影響主要是通過改變ACO的表達(dá)，進(jìn)而影響乙烯的生物合成，在乙烯生物合成突變體aco2中，由于ACO缺乏，ET的產(chǎn)生受到影響[36]。研究發(fā)現(xiàn)，BR也可能通過誘導(dǎo)擬南芥ACS5基因表達(dá)來調(diào)節(jié)乙烯生物合成，BR通過增加ACS5的穩(wěn)定性來發(fā)揮轉(zhuǎn)錄后作用，BR受體BRI1激活BR信號(hào)，以劑量依賴的方式控制乙烯生物合成[37]。

從上述激素間的互作關(guān)系可以看出，多種激素通過激素信號(hào)通路間的互作控制著有關(guān)種子多方面的生長(zhǎng)發(fā)育，還可以影響其他激素的合成和敏感性，綜合上述調(diào)控種子發(fā)育的植物激素互作關(guān)系，繪制出了激素間的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示。

圖5 涉及種子發(fā)育的植物激素互作調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

6 展望

提高作物產(chǎn)量一直是農(nóng)業(yè)育種中的一個(gè)重要目標(biāo)，根據(jù)以上對(duì)種子發(fā)育的分子機(jī)制和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解，可以使用農(nóng)藝干預(yù)、分子標(biāo)記輔助選擇及CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)等方法，篩選出具有所需改良性狀種子的作物。在此基礎(chǔ)上，先導(dǎo)編輯(Prime Editing)是近年來發(fā)展起來的一種新型CRISPR/Cas衍生的精密基因組編輯技術(shù)，其可以在目標(biāo)位置引入任何堿基轉(zhuǎn)換[38]，這項(xiàng)技術(shù)未來在作物育種上還有很大的應(yīng)用潛力。

許多國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多參與植物激素代謝途徑的調(diào)控基因，認(rèn)識(shí)到了種子的發(fā)育過程絕不是單一激素的作用結(jié)果，因此對(duì)于激素互作的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)還待繼續(xù)發(fā)掘。此外，在已有的研究中，大多調(diào)控基因都參與胚胎及胚乳的發(fā)育，而通過種皮影響種子發(fā)育形態(tài)的調(diào)控因子遠(yuǎn)沒有胚胎及胚乳多，且發(fā)掘的大多是與作物產(chǎn)量性狀相關(guān)的遺傳因子，未來在滿足產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，可以將更多的目光投入到提升種子營(yíng)養(yǎng)的方向上，這將有助于對(duì)種子發(fā)育的分子機(jī)制展開更深入的研究。