吳 玉， 周亞晶， 胡 惠， 沈永寶,2

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 江蘇 南京 210037；2.南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，國家林業(yè)和草原局南方林木種子檢驗(yàn)中心， 江蘇 南京 210037)

種子休眠與解除一直是種子生理學(xué)和種子生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)。種子休眠是一種自然現(xiàn)象，是指在特定時(shí)間范圍內(nèi)，在適宜條件下，具備萌發(fā)能力的種子無法發(fā)芽的現(xiàn)象。種子休眠是植物適應(yīng)性的重要組成部分，可以避免種子在不適宜的時(shí)期或者季節(jié)萌發(fā)而帶來一定的損失。但是種子休眠也為農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)帶來諸多的不便，例如在育種或者造林等領(lǐng)域，種子休眠現(xiàn)象成為了阻礙[1]。為更好了解種子休眠與解除機(jī)制，需要從分子角度來分析種子休眠和解除過程中涉及的各種調(diào)控因子、環(huán)境因素的影響以及種子休眠的保護(hù)機(jī)制，對利用和解除種子的休眠具有重要意義。

1 種子休眠

種子休眠由不同調(diào)控因子所控制，這些調(diào)控因子在不同的水平上起作用，并且表現(xiàn)出不同程度的特異性。這些調(diào)節(jié)因子主要涉及種子成熟、激素作用、休眠和染色質(zhì)調(diào)節(jié)等四個(gè)方面[2]。

1.1 種子成熟調(diào)節(jié)

種子休眠是在種子成熟過程中，積累物質(zhì)逐漸增多且含水量逐步降低，種子脫水耐受性提高，內(nèi)部的代謝活動(dòng)逐漸停止，種子停止萌發(fā)。在種子成熟及胚長成幼苗的過程中，ABSCISIC ACID INSENSITIVE 3(ABI 3)、LEC 2、LEAFY COTYLEDON 1(LEC 1)和FUSCA 3(FUS 3)這4種轉(zhuǎn)錄因子起著重要的協(xié)同和調(diào)控作用，如果有一類產(chǎn)生突變，將打破種子的正常成熟過程，使種子發(fā)育異常，最終導(dǎo)致種子的異質(zhì)性表型[3]。最近研究表明，種子休眠相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子在某些植物基因(ABI3、FUS3、LEC1和LEC2等)中可以調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)可以使得休眠轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生改變。例如，玉米VIVIPAROUS8(VP8)被證實(shí)能對轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行調(diào)節(jié)，該基因如果出現(xiàn)突變，最終將導(dǎo)致胎生種子發(fā)育進(jìn)程發(fā)生改變。另外水稻同源物PLASTOCHRON3/GOLIATH(PLA3/GO)和擬南芥同源物ALTEREDMERISTEMPROGRAM1(AMP1)的突變體表現(xiàn)出休眠水平的改變，該發(fā)現(xiàn)表明，雙子葉和單子葉這兩種植物內(nèi)部有某種機(jī)制存在。植物中的谷氨酸羧肽酶被這些同源基因編碼，可能與種子的成熟和休眠相關(guān)[4]。

1.2 激素調(diào)節(jié)

種子休眠受到植物激素調(diào)控，植物激素可以通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)對種子內(nèi)各種生理變化做出反應(yīng)，調(diào)節(jié)相關(guān)酶和蛋白質(zhì)代謝，進(jìn)而調(diào)控種子休眠和萌發(fā)。1971年，Khan根據(jù)已有的研究狀況提出了三因子調(diào)節(jié)假說，即萌發(fā)促進(jìn)物質(zhì)赤霉素(GA)、細(xì)胞分裂素(CTK)和萌發(fā)抑制物質(zhì)脫落酸(ABA)之間的相互作用決定著種子的休眠與萌發(fā)，不同激素狀況對應(yīng)不同生理狀態(tài)。能萌發(fā)的種子中均存在生理活性濃度的GA，但是存在生理活性濃度的GA的種子不一定能萌發(fā)，如果同時(shí)存在GA和ABA，則GA誘導(dǎo)萌發(fā)的作用就會(huì)受到抑制，而GA、ABA、CTK同時(shí)存在，則CTK能起到解除這種抑制作用而使萌發(fā)成為可能。因此，GA是種子萌發(fā)的主要調(diào)節(jié)因子，而CTK僅在ABA存在時(shí)才是必需的。

ABA參與調(diào)控植物生長發(fā)育的各個(gè)階段，是植物最為重要的激素之一[5]。在許多植物中，ABA涉及種子休眠的誘導(dǎo)與維持。ABA可以阻止種子萌發(fā)，其積累量與種子休眠的發(fā)生有關(guān)。ABA合成基因表達(dá)能增加種子中ABA含量,從而促進(jìn)種子休眠或延遲萌發(fā)；相反,種子發(fā)育過程中ABA含量不足與成熟種子初生休眠的缺乏有關(guān)。ABA 是由類胡蘿卜素合成的，9-順式-環(huán)氧類胡蘿卜素氧化裂解為黃氧素(xanthoxin)是ABA生物合成的關(guān)鍵調(diào)控步驟。核心ABA 信號傳遞組分主要由 PYR/PYL/RCAR(pyrabactin resistance 1/pyrabactin resistance 1-like/regulatory components of ABA receptor)蛋白、A組2 C類蛋白磷酸酶(group A type 2 C protein phosphatase，PP 2 C)、亞類Ⅲ蔗糖非發(fā)酵-1-相關(guān)蛋白激酶2(subclassⅢ sucrose nonfermenting-1-related protein kinase 2，SnRK 2)和 ABF(ABA-responsive element (ABRE)-binding factor)/AREB(ABRE-binding protein)轉(zhuǎn)錄因子組成。近期關(guān)于ABA的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是PYR/PYL/RCAR-ABA受體的鑒定。擬南芥中該蛋白家族的14個(gè)成員通過與2 C型蛋白磷酸酶(PP 2 C)負(fù)性調(diào)節(jié)劑之間的拮抗作用來介導(dǎo)ABA響應(yīng)中的冗余作用。但是，目前尚不清楚這些PYR/PYL/RCAR蛋白是否在種子成熟階段特異參與ABA信號傳導(dǎo)。PP 2 Cs ABA-INSENSITITVE 1(ABI 1)和ABI 2最初是在ABA不敏感的突變體篩選中鑒定的。abi1-1和abi2-1突變體表現(xiàn)出降低的休眠表型，是由顯性負(fù)突變導(dǎo)致abi蛋白不能與ABA受體結(jié)合引起的。因此，在ABA存在的情況下，這些abi-PP 2 Cs保持活性并抑制屬于SNF 1相關(guān)蛋白激酶亞家族2(SnRK 2)下游ABA激活的蛋白激酶。在擬南芥種子發(fā)育和休眠誘導(dǎo)的過程中，SnRK 2(SnRK 2.2，SnRK 2.3和SnRK 2.6)在ABA信號的傳遞中起著冗余作用。這些激酶的三重突變體對ABA幾乎不可見，表現(xiàn)為種子發(fā)育異常，產(chǎn)生類似于abi3等位基因的ABA不敏感綠色種子，并在高濕度條件下提前萌發(fā)。這些激酶的主要靶點(diǎn)是一組bZIP型轉(zhuǎn)錄因子，包括ABI 5和ABSCISICACID響應(yīng)元件結(jié)合蛋白3(AREB 3)。這些轉(zhuǎn)錄因子的突變體通常沒有表現(xiàn)出強(qiáng)烈的休眠表型，這可能是因?yàn)樗鼈兊娜哂喙δ埽部赡苡衅渌匾陌悬c(diǎn)在休眠誘導(dǎo)過程中充當(dāng)ABA反應(yīng)的調(diào)控因子[6]。

與ABA作用相反，GA對種子的萌發(fā)具有促進(jìn)作用。GA可以通過刺激誘導(dǎo)水解酶,削弱屏障組織(如胚乳或種皮)，誘導(dǎo)種子中貯藏物質(zhì)的儲(chǔ)備，刺激胚的生長，以促進(jìn)萌發(fā)。還可以部分通過染色質(zhì)重塑因子PICKLE(PKL)介導(dǎo)，刺激胚發(fā)育期向營養(yǎng)生長期的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而促進(jìn)種子萌發(fā)。番茄和擬南芥的生理生化和遺傳研究表明，種子萌發(fā)時(shí)GA對種胚外圍結(jié)構(gòu)起弱化作用。這種弱化作用是萌發(fā)的先決條件，是由GA誘導(dǎo)的幾種細(xì)胞壁水解酶共同作用完成的。吸收和萌發(fā)過程中的環(huán)境信號(光和溫度)，通過光敏色素相互作用因子3-LIKE 5(PIL 5)和SPATULA(SPT)因子等整合到GA生物合成和信號傳導(dǎo)中。GA的積累與休眠釋放或種子萌發(fā)相關(guān)，但對完全休眠的擬南芥種子單獨(dú)使用GA處理卻不能促進(jìn)萌發(fā)。這說明GA可能是種子萌發(fā)的必要條件,但不是充分條件。

另有研究證實(shí),乙烯ETH與ABA的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相互作用可以促進(jìn)種子休眠的釋放。ETH可以調(diào)節(jié)獨(dú)行菜胚乳帽的弱化和破裂,進(jìn)而抵消ABA的影響。乙烯era3突變體對ABA具有高敏感性，乙烯etr1和ein2突變體被認(rèn)為是對abil突變體分別起增強(qiáng)和抑制作用，其他乙烯不敏感突變體也顯示出對ABA反應(yīng)的加強(qiáng)。這些研究表明，休眠程度的提高與種子萌發(fā)過程中對ABA敏感度的提高和ABA合成量的增多有關(guān)。相反，ctr1突變體以及用乙烯生物合成中間體1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)單獨(dú)處理野生型種子都可以降低對ABA的敏感度。因此，乙烯對種子萌發(fā)的促進(jìn)作用可能是通過對ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的拮抗作用進(jìn)行的。

最近的研究表明，獨(dú)腳金內(nèi)酯和karrikins(煙霧中的促發(fā)芽化合物)在休眠和發(fā)芽中起作用。獨(dú)腳金內(nèi)酯信號由多腋枝2(MAX2)等位基因的F盒蛋白KARRIKININSENSITIVE 1(KAI 1)傳導(dǎo)。kai1/max2突變體顯示初級休眠增加。獨(dú)腳金內(nèi)酯調(diào)節(jié)次生休眠控制中的ABA/GA比值。這些研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了不同激素協(xié)同作用在調(diào)節(jié)休眠和萌發(fā)中的重要性[7]。

1.3 種子休眠的特異基因

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前已經(jīng)確定一些基因可以對種子休眠進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些可以起到調(diào)節(jié)作用的特異基因，使得種子表現(xiàn)出一種特異生長模式。主要代表基因是延遲萌發(fā)DOG1[8]和減少休眠RDO5。在擬南芥休眠基因突變過程中，以上兩個(gè)基因發(fā)揮重要作用，目前已經(jīng)被確定為數(shù)量性狀位點(diǎn)。DOG1參與了擬南芥種子成熟期間低溫促進(jìn)休眠的過程，某種蛋白質(zhì)由該基因編碼，目前該蛋白質(zhì)的功能未知。研究發(fā)現(xiàn)，dog1突變體多效性表型不明顯，由此可以確定DOG1對種子休眠有重要聯(lián)系，是關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因子(圖1)[9]。RDO 5是種子中的一種偽磷酸酶，對種子磷酸化蛋白質(zhì)組織會(huì)產(chǎn)生重要影響[10]。研究發(fā)現(xiàn)，種子休眠水平和RDO 5與DOG 1兩種蛋白的含量密切相關(guān)，但與ABA無關(guān)。ABA和DOG 1都是誘導(dǎo)種子休眠的必需因素，表明它們的信號傳導(dǎo)途徑在關(guān)鍵的下游步驟匯聚。DOG 1蛋白的數(shù)量在種子貯藏期間是穩(wěn)定的，即使種子吸脹后，該蛋白仍然存在，以上現(xiàn)象說明這種蛋白質(zhì)在種子貯藏過程中已經(jīng)喪失活性[11]。另一個(gè)基因是MFT，它編碼植物磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白(PEBP)家族的成員。MFT調(diào)節(jié)擬南芥和小麥的萌發(fā)，其功能尚未闡明，但在ABA信號傳導(dǎo)過程中，起到負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用。當(dāng)前一些學(xué)者通過對作物休眠相關(guān)的數(shù)量性狀基因座進(jìn)行克隆，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了更多的種子休眠調(diào)節(jié)因子。部分調(diào)節(jié)因子具有種子特異性，例如大麥中的丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(AlaAT)[12]和水稻中的種子休眠4(Sdr 4)[13]。其他更為普遍表達(dá)的因子，如在大麥和小麥中鑒定出的絲裂原活化蛋白激酶(MKK 3)。盡管Sdr 4被證明影響DOG1水稻同源基因表達(dá)水平，尚不了解這些基因和種子的休眠途徑之間存在何種聯(lián)系[14]。

1.4 染色質(zhì)水平上的休眠調(diào)節(jié)

基因表達(dá)過程中會(huì)受到染色質(zhì)影響，而這最終將影響植物的發(fā)育和成長，種子休眠和萌發(fā)也會(huì)受到影響。不過研究發(fā)現(xiàn)，染色質(zhì)因子發(fā)生突變后，植物生長過程不是都會(huì)受到影響。研究表明，在成熟期間，種子休眠誘導(dǎo)和減小核大小、染色質(zhì)的緊實(shí)是相互獨(dú)立的[15]。目前，遺傳和生化研究已經(jīng)確定了許多調(diào)節(jié)種子休眠和萌發(fā)所需的染色質(zhì)因子。減少的休眠4(RDO 4)/組蛋白單泛素化1(HUB 1)及C 3 HC 4環(huán)指蛋白。RDO4/HUB1基因最初是基于其降低的休眠表型而鑒定的。 在突變篩選過程中發(fā)現(xiàn)，RDO2基因可減少種子休眠，該基因也是延長因子SII(TFIIS)[16]。據(jù)預(yù)測，HUB和RDO 2蛋白可與RNA聚合酶II相關(guān)因子1復(fù)合物(PAF 1 C)相互作用，并通過調(diào)節(jié)種子成熟過程中的轉(zhuǎn)錄延長來影響種子休眠，而此時(shí)干燥效率則可能會(huì)降低轉(zhuǎn)錄效率。另外，PAF 1 C其他組分的突變體也顯示出休眠性降低，在這些突變體中，DOG1和ABA相關(guān)基因受到一定的調(diào)控，這是與其休眠表型降低的潛在原因。在轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)建模研究中，在一項(xiàng)轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)模型研究中，選擇了短日早花基因(EFS)作為種子萌發(fā)過程中的相變調(diào)控因子。EFS編碼組蛋白H 3甲基轉(zhuǎn)移酶，參與組蛋白H 3賴氨酸4修剪乙基化(H 3 K 4 me 3)，這是一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活組蛋白標(biāo)記。通過改變開花時(shí)間初步鑒定了efs突變體。突變的efs種子表現(xiàn)出多種種子表型，包括早熟萌發(fā)。與休眠相關(guān)的EFS的直接靶點(diǎn)還沒有被發(fā)現(xiàn)，但一個(gè)潛在的靶點(diǎn)是開花位點(diǎn)C(FLC)，因?yàn)樗谋磉_(dá)在開花時(shí)間的控制中受到EFS的調(diào)控，并且與萌發(fā)調(diào)控有關(guān)[17]。抑制性組蛋白標(biāo)記H 3 K 27 me 3參與休眠誘導(dǎo)的證據(jù)來自于對受精-非受精胚乳(FIE)的空突變體的研究，F(xiàn)IE是多梳抑制復(fù)合物2(PRC 2)的重要組成部分。fie突變體在H 3 K 27三甲基化過程中存在全局性缺陷，由于其比野生型更具休眠性，缺乏這種組蛋白修飾會(huì)導(dǎo)致種子休眠的增加[18]。微陣列分析表明，許多成熟調(diào)節(jié)因子，即ABI 3、FUS 3、LEC 2以及ABA/GA信號因子和DOG 1被PRC 2抑制。最后抑制性組蛋白標(biāo)記H 3 K 9 me影響種子休眠[19]。氪石(KYP)/SUVH 4和SUVH 5基因編碼介導(dǎo)H 3 K 9二甲基化的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶。kyp-2和suvh5突變體顯示出增強(qiáng)的休眠性并增加了包括DOG1和ABI3在內(nèi)的多個(gè)休眠基因的表達(dá)。由于ABA下調(diào)了KYP/SUVH4的表達(dá)，而GA上調(diào)了KYP/SUVH4的表達(dá)，因此KYP/SUVH4可能至少部分介導(dǎo)了ABA/GA平衡對種子休眠的下游信號傳導(dǎo)[20]。

2 種子休眠解除

休眠可以在吸收的種子中快速解除(幾天之內(nèi))，或者在干燥的種子中相對緩慢地解除(幾周或幾個(gè)月內(nèi))。與控制休眠誘導(dǎo)的分子機(jī)制相比，對控制休眠解除的分子機(jī)制了解得較少。在特定溫度下，種子休眠快速解除需要進(jìn)行吸脹，通常稱之為層積。低溫吸脹使夏季一年生種子休眠解除，而高溫吸脹則使冬季一年生種子休眠解除[21]。目前尚不清楚層積如何驅(qū)動(dòng)種子休眠的解除，特別是溫度感測機(jī)制尚不清楚，但已鑒定出一些在此過程中起作用的基因[22]。基本的螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子SPT和PIL 5在冷層積中起重要作用。SPT是發(fā)芽的負(fù)調(diào)節(jié)劑，在層積后會(huì)失去其抑制活性，而PIL 5對低溫沒有反應(yīng)，但經(jīng)過冷處理后在黑暗中會(huì)抑制發(fā)芽。兩種轉(zhuǎn)錄因子均通過抑制GA生物合成基因GA3氧化酶1(GA3OX 1)和GA3OX 2的表達(dá)起作用，從而阻止了發(fā)芽(圖1)[23]。休眠可以通過去除(劃痕)萌發(fā)的限制(即胚胎周圍的組織)，或在在干燥條件下(后熟)于室溫下保存種子來進(jìn)行人工解除休眠。后熟時(shí)間的增加與發(fā)芽所需條件的擴(kuò)大有關(guān)，類似于休眠的逐漸喪失。完全解除休眠所需的時(shí)間顯示出物種間的高度差異。例如，在擬南芥中，Landsberg erecta(Ler)和Cape Verde Islands(Cvi)對后熟的要求有很大不同。Ler需要12～17 d的干貯藏來達(dá)到50%的發(fā)芽率，而Cvi需要74～185 d[24]。后熟在低水分含量(MC)為5%～15%時(shí)有效，目前還不清楚種子在后熟過程中發(fā)生的變化是否主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄或蛋白質(zhì)水平，但最近的研究結(jié)果已經(jīng)開始揭示這個(gè)問題。一些轉(zhuǎn)錄組分析表明，后熟會(huì)影響干種子中轉(zhuǎn)錄本的豐度，導(dǎo)致特定轉(zhuǎn)錄本的選擇性變化[25]。種子干貯藏過程中轉(zhuǎn)錄物豐度的增加似乎是反常的，但可以用煙草干種子中出現(xiàn)的“濕袋”現(xiàn)象解釋。種子中水分含量較高的此類局部區(qū)域可能允許轉(zhuǎn)錄活動(dòng)，顯示了干煙草種子中β-1，3-葡聚糖酶的瞬時(shí)轉(zhuǎn)錄和翻譯變化[26]。然而，干種子中活性轉(zhuǎn)錄的存在還有待證實(shí)。另外，干種子中儲(chǔ)存的mRNAs的數(shù)量和質(zhì)量也可能通過不需要活性代謝的機(jī)制發(fā)生變化，最近的一項(xiàng)研究表明，向日葵種子解除休眠會(huì)受到mRNAs子集選擇性氧化影響。在種子吸脹的過程中，mRNAs氧化將使得翻譯受到阻礙，相應(yīng)的蛋白質(zhì)組織也會(huì)因此改變。而mRNAs的選擇性氧化似乎與參與應(yīng)激反應(yīng)的基因相對應(yīng)[27]。

干種子中的氧化過程也會(huì)影響蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)組學(xué)方法已被用作研究種子成熟后翻譯過程中的翻譯后修飾(PTM)動(dòng)力學(xué)的工具。在種子發(fā)育和成熟期間，PTMs起到重要的調(diào)控作用。羰基化是一種不可逆的PTM，在氧化應(yīng)激下發(fā)生，由于對蛋白水解酶攻擊更敏感，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的酶和結(jié)合特性發(fā)生變化或降解[28]。后熟會(huì)導(dǎo)致活性氧的積累(ROS)，這與向日葵和擬南芥中特定蛋白質(zhì)羰基化存在密切聯(lián)系。種子貯藏蛋白特異性羰基化通過促進(jìn)其蛋白水解作用，有助于種子在萌發(fā)過程中的動(dòng)員。羰基化在哺乳動(dòng)物中主要與衰老和疾病有關(guān)，而擬南芥種子在積累羰基化蛋白質(zhì)時(shí)仍會(huì)萌發(fā)并長成健康的植株。研究進(jìn)一步證實(shí)了ROS在小麥休眠解除中的重要作用，表明其抗氧化防御途徑與維持休眠有關(guān)。氰化氫(HCN)是一種用于人工解除休眠的化合物，其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)具有ROS依賴性，并導(dǎo)致乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)增強(qiáng)，這一發(fā)現(xiàn)突顯了ROS依賴途徑在后熟過程中的重要性[29]。此外，Müller等[30]研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生NADPH氧化酶的ROS促進(jìn)了擬南芥種子的后熟。DELLA阻遏蛋白是GA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的負(fù)調(diào)控因子，被GA降解后抑制ROS的積累，從而增強(qiáng)了對非生物和生物脅迫的耐受性。盡管這種機(jī)制尚未在種子中得到證實(shí)，但它為GA通過間接增加ROS加速后熟化提供了可能性。

如前所述，ABA和GA在種子的休眠和萌發(fā)中起著重要作用。休眠和非休眠種子在這兩種激素的水平和敏感性上的差異可能是在休眠解除機(jī)制的下游建立的。在擬南芥中的最新發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了胚乳在休眠解除中的重要性。ABA抑制了吸收過程中胚的萌發(fā)，而ABA是由休眠的胚乳主動(dòng)產(chǎn)生并解除的。在許多物種中，普遍存在的一氧化氮(NO)信號分子解除種子休眠，被認(rèn)為是一種內(nèi)源性休眠調(diào)節(jié)因子[31]。NO以吸脹的擬南芥種子的胚乳為主要靶點(diǎn)，在GA上游的信號通路中起作用，導(dǎo)致糊粉細(xì)胞空泡化，與貯藏復(fù)合物降解有關(guān)[32]。Holmanet等[33]研究發(fā)現(xiàn)，NO可能通過降低吸脹種子的ABA敏感性而起作用，NO通過N端規(guī)則途徑實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。此途徑的兩個(gè)組成部分蛋白溶解度6(PRT 6)和精氨酰tRNA、蛋白精氨酰轉(zhuǎn)移酶(ATE)，被證明調(diào)節(jié)后熟和降低ABA敏感性，暗示了靶向蛋白水解在休眠解除中的作用。

種子休眠解除發(fā)生在后熟過程中，但是種子存儲(chǔ)時(shí)間的延長和高氧化應(yīng)激，會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)和核酸逐漸分解，導(dǎo)致活力喪失。擬南芥基因DNA連接酶VI參與控制種子老化，該基因突變導(dǎo)致種子壽命縮短和萌發(fā)延遲。種子休眠和種子壽命之間的聯(lián)系仍然是一個(gè)懸而未決的問題。非休眠擬南芥dog1突變體種子在干貯藏期間比野生型種子的壽命短，表明休眠與壽命呈正相關(guān)。然而，檢測到的休眠和壽命的QTLs并不總是同時(shí)定位，表明這兩個(gè)性狀的自然變異受不同遺傳機(jī)制的控制。這能不排除休眠和長壽在基本層面上有聯(lián)系的可能性[34]。

3 環(huán)境對種子休眠的調(diào)控

新鮮收獲的種子具有較高的休眠水平，該休眠水平在隨后的種子貯藏過程中逐漸解除(所謂的后熟)。在休眠解除期間，適宜種子發(fā)芽的環(huán)境條件逐漸出現(xiàn)。在自然條件下儲(chǔ)存在土壤中的種子會(huì)監(jiān)控其環(huán)境以調(diào)節(jié)其休眠水平。例如，吸水種子在短時(shí)間暴露于低溫(層積)或煙霧中的化合物后會(huì)失去休眠狀態(tài)。種子成熟過程中，其休眠水平會(huì)受到溫度和光照等條件的影響。溫度是控制休眠的主要環(huán)境因素，它通過幾種確定的休眠調(diào)節(jié)劑來控制ABA和GA含量以及DOG1基因的表達(dá)。Kendall[35]研究表明，C-重復(fù)結(jié)合因子(CBF)組的轉(zhuǎn)錄因子對于調(diào)節(jié)由種子成熟溫度低引起的休眠是必要的，CBF似乎也在光介導(dǎo)的芽休眠誘導(dǎo)中發(fā)揮作用，盡管CBF是休眠所必需的，但它們的轉(zhuǎn)錄豐度在種子中并不受溫度調(diào)節(jié)。CBF、DOG 1和ABA/GA代謝是介導(dǎo)種子成熟溫度對休眠狀態(tài)影響途徑的主要成分。此外，光敏色素和開花位點(diǎn)C(FLC)在種子成熟溫度的相互作用中起著重要作用[36]。小麥種子成熟過程中與低溫響應(yīng)有關(guān)的另一個(gè)基因是FT和TFL1(MFT)。MFT是小麥3號染色體收獲前發(fā)芽QTL的候選基因[37]。

4 結(jié)論與展望

生物領(lǐng)域關(guān)于種子休眠誘導(dǎo)調(diào)控以及其分子機(jī)制相關(guān)研究取得了顯著進(jìn)展，揭示了決定種子休眠的激素途徑以及這些途徑之間的相互作用。此外，不直接屬于激素途徑的特異休眠調(diào)節(jié)因子發(fā)揮著更顯著的作用，研究確定了特異休眠基因?qū)εc誘導(dǎo)種子休眠相關(guān)的染色質(zhì)組織會(huì)產(chǎn)生影響。休眠的解除長期以來一直是個(gè)未知區(qū)域，但最近對非酶促過程(例如氧化)在后熟過程中的重要貢獻(xiàn)的認(rèn)識正在揭示該過程背后的機(jī)制。

過去十年里，很多學(xué)者從轉(zhuǎn)錄和代謝物水平等方面對種子休眠進(jìn)行深入研究，不過還沒有取得積極進(jìn)展，不過對更好地理解種子休眠機(jī)制有很大幫助。 但是在層積過程中如何感測溫度幾乎是未知的，更重要的是休眠的真正分子特性還不清楚。既不了解影響休眠因素之間的相互作用和聯(lián)系，也不知道休眠的分子性質(zhì)是由許多不同因素的組合組成，還是存在于所有這些因素下游起作用的中心劑?？梢詫⑦@種假想的中心劑或休眠分子命名為“dormagen”，類似于誘導(dǎo)開花的分子“florigen”[38]。

盡管上述問題的最終解決可能仍需時(shí)日，但研究進(jìn)展迅速。主要休眠基因如DOG1和Sdr4編碼的基因功能以及對MFT作用的理解很快將被揭示。在分子水平上闡明后熟過程將導(dǎo)致分子標(biāo)記的發(fā)展，這些標(biāo)記構(gòu)成了種子休眠水平的可靠讀數(shù)。系統(tǒng)方法在控制休眠機(jī)制中的作用愈加重要，Bassel等[39]研究建立了休眠和萌發(fā)期間全球轉(zhuǎn)錄相互作用的網(wǎng)絡(luò)模型(Seednet)，這項(xiàng)工作證明了現(xiàn)有轉(zhuǎn)錄途徑(調(diào)節(jié)細(xì)胞相轉(zhuǎn)變和非生物脅迫)對種子休眠的可能進(jìn)化適應(yīng)，對此方向的進(jìn)一步研究有望帶來新的見解。此外，從現(xiàn)有的大規(guī)模數(shù)據(jù)集中提取信息的改進(jìn)方法將導(dǎo)致新基因和新機(jī)制的鑒定。Bassel等[40]利用共同預(yù)測來計(jì)算功能基因相互作用網(wǎng)絡(luò)(ScoPNet)，確定了種子萌發(fā)的新型調(diào)節(jié)因子。