拟南芥通过DWARF14感知玉米黄质酮调控独脚金内酯信号传导的分子机制

本研究揭示了玉米黄质酮(zaxinone)作为独脚金内酯(SL)受体DWARF14(AtD14)的新型配体，通过竞争性结合抑制AtD14与MAX2的互作，从而干扰SL信号传导并负反馈调控SL生物合成。该发现不仅阐明了玉米黄质酮在植物激素调控中的双重作用机制，还为开发新型植物生长调节剂提供了靶点依据。

在植物激素调控网络中，独脚金内酯（strigolactones, SLs）作为类胡萝卜素衍生的植物激素，不仅调控植物分枝和根系构型，还作为根系分泌物促进丛枝菌根真菌共生，同时也会诱发寄生植物（如独脚金）种子萌发。然而，SL生物合成和信号传导的精细调控机制尚未完全阐明。近年来研究发现，另一种类胡萝卜素裂解产物——玉米黄质酮（zaxinone）能显著影响SL和脱落酸（ABA）水平，但其作用机制一直未知。

为解决这一科学问题，由沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）Salim Al-Babili和Stefan T. Arold领导的研究团队，通过整合分子遗传学、生物化学和结构生物学方法，揭示了玉米黄质酮在拟南芥中的感知机制。该研究发现玉米黄质酮直接结合SL受体AtD14和Karrikin受体AtKAI2，并作为SL信号拮抗剂干扰AtD14与AtMAX2的互作，从而解除SL对生物合成基因的反馈抑制。这一突破性成果发表于《Nature Communications》，为理解植物激素信号交叉对话提供了新范式。

研究主要采用以下技术方法：1）利用Atd14、Atkai2、Atmax2等突变体进行表型分析和RNA测序；2）通过纳米差示扫描荧光（nanoDSF）和晶体衍射（分辨率2.4 Å）验证蛋白-配体互作；3）采用Yoshimulactone green（YLG）水解试验和荧光偏振分析结合动力学；4）使用UHPLC-MS/MS定量植物激素（样本来源：拟南芥水培根系）。

AtD14是拟南芥响应玉米黄质酮所必需的

通过比较野生型与突变体对玉米黄质酮的处理反应，发现Atd14突变体无法像野生型那样升高SL水平。Striga种子萌发实验和LC-MS检测均证实，玉米黄质酮对SL生物合成的促进作用依赖AtD14和AtMAX2，但不依赖AtKAI2。在四重突变体Atd14smxl6,7,8中的实验进一步排除了SL含量本底值的影响。

RNAseq揭示D14和MAX2介导玉米黄质酮的转录调控

转录组分析发现，玉米黄质酮处理引起1835个基因差异表达，其中545个基因的调控依赖AtD14，786个依赖AtMAX2。SL生物合成基因CCD7和CCD8的转录上调需要AtD14和AtMAX2，而ABA合成基因NCED2/3的诱导则与这些受体无关。这表明玉米黄质酮通过不同通路调控SL和ABA生物合成。

体外实验和共结晶揭示玉米黄质酮作为SL拮抗剂

nanoDSF实验显示玉米黄质酮使AtD14热稳定性升高3-5°C，而SL类似物GR24则降低7°C。YLG水解试验中玉米黄质酮的IC₅₀为8.7 μM，表明其竞争性抑制SL水解。2.4 Å晶体结构显示玉米黄质酮通过疏水作用与F136/F195等残基结合，其羟基与催化残基S97形成2.2 Å氢键。点突变实验（S97A/S97C）证实该氢键对结合至关重要。Pull-down和荧光偏振实验证明玉米黄质酮阻断AtD14与MAX2-CTH肽段的互作。

玉米黄质酮与AtKAI2的互作及其生物学意义

虽然玉米黄质酮与AtKAI2的结合较弱（K_d较高），但转录数据表明其能特异性抑制KAI2依赖基因（如DLK2、SMXL2）。此外，时间进程实验显示玉米黄质酮在AtD14结合位点上保持稳定（>4小时），而GR24会被水解释放，这解释了其长效拮抗特性。

研究结论表明，玉米黄质酮作为一种新型apocarotenoid信号分子，通过直接结合AtD14并阻断其与MAX2的互作，解除SL对生物合成基因的反馈抑制，从而升高SL水平。这一机制在植物适应环境变化和协调生长发育中具有重要作用，同时为设计针对寄生植物感染的干扰剂提供了分子基础。该研究还证明了AtD14受体可感知多种结构不同的信号分子，拓展了我们对植物受体可塑性的认知。