Jasmonate-mediated wound signalling promotes plant regeneration

First author: Guifang Zhang; Affiliations: CAS Center for Excellence in Molecular Plant Sciences (中科院分子植物科学卓越创新中心):Shanghai, China

Corresponding author: Lin Xu

Wounding is the first event triggering regeneration. However, the molecular basis of wound signalling pathways in plant regeneration is largely unclear. We previously established a method to studyde novo root regeneration (DNRR) in Arabidopsis thaliana, which provides a platform for analysing wounding. During DNRR, auxin is biosynthesized after leaf detachment and promotes cell fate transition to form the root primordium. Here, we show that jasmonates (JAs) serve as a wound signal during DNRR. Within 2 h of leaf detachment, JA is produced in leaf explants and activates ETHYLENE RESPONSE FACTOR109 (ERF109). ERF109 upregulates ANTHRANILATE SYNTHASE α1 (ASA1)—a tryptophan biosynthesis gene in the auxin production pathway—dependent on the pre-deposition of SET DOMAIN GROUP8 (SDG8)-mediated histone H3 lysine 36 trimethylation (H3K36me3) on the ASA1 locus. After 2 h, ERF109 activity is inhibited by direct interaction with JASMONATE-ZIM-DOMAIN (JAZ) proteins to prevent hypersensitivity to wounding. Our results suggest that a dynamic JA wave cooperates with histone methylation to upregulate a pulse of auxin production and promote DNRR in response to wounding.

伤口是诱导再生的第一步，然而，创伤信号通路在植物再生过程中的具体分子基础还很模糊。作者之前在拟南芥中建立了一套从头根再生DNRR的方法，为研究创伤在植物再生中的作用提供了一个很好的平台。在DNRR过程中，在叶片支离后开始合成生长素以促进细胞命运的转变，从而形成根原基。本文中，作者的研究显示茉莉酸JA在DNRR过程中作为创伤信号发挥作用。在叶片支离2小时后，叶片外植体中会合成茉莉酸，激活ERF109基因的表达。ERF109上调一个色氨酸合成相关基因邻氨基苯甲酸合成酶ASA1的表达，从而为生长素的合成提供原料，该过程依赖于SDG8介导的ASA1位点上组蛋白H3赖氨酸36三甲基化H3K36me3的预沉积。在2小时后，ERF109的活性由于与JAZ蛋白的直接互作而受到抑制，从而防止植物对于创伤的超敏感。本文的研究结果揭示了植物叶片在创伤条件下，茉莉酸含量动态与组蛋白甲基化协同短暂上调生长素产量，从而促进响应于创伤的根从头再生。

通讯：徐麟（http://www.sippe.ac.cn/sourcedb_sippe/zw/zjrc/201812/t20181219_5218225.html）

个人简介：1998-2002年，上海交通大学，学士；2002-2005年，上海交通大学，硕士；2005-2008年，法国斯特拉斯堡第一大学，博士。

研究方向：植物再生过程中的伤口信号；植物再生过程中控制干细胞命运转变的机制；植物干细胞的演化历程。

doi: https://doi.org/10.1038/s41477-019-0408-x

Journal: Nature Plants

Published date: April 22, 2019