The origin and evolution of salicylic acid signaling and biosynthesis in plants

生物 最近的共同祖先 生物合成 植物进化 信号转导 分生组织 植物 非生物胁迫 细胞生物学 基因 遗传学 系统发育学 基因组
作者
Xianqing Jia,Long Wang,Hongyu Zhao,Hongjie Zhang,Zhixiang Chen,Lei Xu,Keke Yi
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier]
卷期号:16 (1): 245-259 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.molp.2022.12.002
摘要

Salicylic acid (SA) plays a pivotal role in plant response to biotic and abiotic stress. Several core SA signaling regulators and key proteins in SA biosynthesis have been well characterized. However, much remains unknown about the origin, evolution, and early diversification of core elements in plant SA signaling and biosynthesis. In this study, we identified 10 core protein families in SA signaling and biosynthesis across green plant lineages. We found that the key SA signaling receptors, the nonexpresser of pathogenesis-related (NPR) proteins, originated in the most recent common ancestor (MRCA) of land plants and formed divergent groups in the ancestor of seed plants. However, key transcription factors for SA signaling, TGACG motif-binding proteins (TGAs), originated in the MRCA of streptophytes, arguing for the stepwise evolution of core SA signaling in plants. Different from the assembly of the core SA signaling pathway in the ancestor of seed plants, SA exists extensively in green plants, including chlorophytes and streptophyte algae. However, the full isochorismate synthase (ICS)-based SA synthesis pathway was first assembled in the MRCA of land plants. We further revealed that the ancient abnormal inflorescence meristem 1 (AIM1)-based β-oxidation pathway is crucial for the biosynthesis of SA in chlorophyte algae, and this biosynthesis pathway may have facilitated the adaptation of early-diverging green algae to the high-light-intensity environment on land. Taken together, our findings provide significant insights into the early evolution and diversification of plant SA signaling and biosynthesis pathways, highlighting a crucial role of SA in stress tolerance during plant terrestrialization.
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