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NatCommun新的类胡萝卜素代
植物类胡萝卜素是脱落酸（abscisicacid，ABA）和独脚金内酯（strigolactones，SL）等植物激素合成的前体，在植物生长发育及信号传导过程中发挥重要作用。SL，ABA及其他类胡萝卜素衍生物是类胡萝卜素前体中特定双键氧化裂解的结果，该过程通常由类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCDs，carotenoidcleavagedioxygenases）催化。因此，对CCDs生理功能的研究具有重要意义。
拟南芥基因组共编码9种CCD，其中5种参与ABA的生物合成，另外4种分别参与类胡萝卜素的催化裂解、切割及SL的生物合成等。之前对禾本科植物CCDs的研究发现了水稻中存在的新的CCD（CCD8b，LOC_Os09g，拟南芥中不存在）。近日，KingAbdullahUniversityofScienceandTechnology的SalimAl-Babili等在NatureCommunications在线发表了一篇题为Theapocarotenoidmetabolitezaxinoneregulatesgrowthandstrigolactonebiosynthesisinrice的研究论文。该研究对水稻CCD亚家族成员的功能进行了研究，并报道了新的类胡萝卜素衍生代谢物zaxinone，及其对水稻生长和SL合成的调控作用。
该研究首先在大肠杆菌细胞中表达了与硫氧还蛋白融合的LOC_Os09gcDNA，并在体外将细胞的可溶性部分与不同的类胡萝卜素及脱辅基类胡萝卜素（apocarotenoids）一起培养，结果仅检测到3-ΟΗ-apocarotenals(zeaxanthinals，包括apo-8′、10′和12′-zeax-anthinal)的裂解，并通过HPLC和LC-MS分析进行了鉴定。该研究将产物和酶分别命名为zaxinone和ZAS（ZaxinoneSynthase）。进一步体外验证表明，ZAS的最佳反应底物为apo-10′-zeax-anthinal。此外，为了探索ZAS直系同源在植物中的分布，该研究提取了可以代表69个陆地植物物种（包括苔藓、蕨类植物、单子叶植物和双子叶植物）基因组中的所有CCD基因的个序列。系统发育分析表明，ZAS代表了第六个CCD亚家族（目前已知5个）并且在陆地植物中是保守存在的。
CharacterizationofZAS
缺磷会引发野生型水稻ZAS转录水平的增加。在正常及缺磷条件下，zas突变体的根部zaxinone含量显著降低。通过水培试验发现，zas突变体幼苗的根系发育和生物量形成受到抑制，而外源性zaxinone施用则促进了根系发育，表明zaxinone是水稻生长的正调节因子，ZAS在水稻生长和发育中的关键作用。
该研究使用LC-MS/MS测量了缺磷胁迫一周后的zas幼苗根系及分泌物中的SL含量并测试了根系分泌物对Striga种子萌发活性的影响（与释放的SL总量有关）。结果发现，突变体的根系组织及分泌物中SL含量显著升高而且zas株系根分泌物处理的Striga种子萌发活性比野生型高20-30%。通过zaxinone处理正常供磷和缺磷的zas幼苗后，根系SL含量和根分泌物的促进萌发效果均显著降低。这些数据表明，zaxinone是水稻SL生物合成和释放的负调控因子。而磷胁迫后zas幼苗中SL生物合成相关基因表达水平高于野生型2-3倍。Zaxinone处理降低了zas突变体及野生型中相关基因的转录水平，表明Pi限制条件下，zaxinone在转录水平上负调节SL生物合成。
Phenotypiccharacterizationandrescueofzasmutant
总之，该研究报道了水稻生长和发育所需的类胡萝卜素衍生代谢物zaxinone，zaxinone是水稻生长发育的关键调节因子并且负调节SL生物合成。
参考文献
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