激素與光信號攜手調(diào)控植物分枝（2020.4.28 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院）

4月23日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，揭示了植物通過耦合光敏色素信號途徑與獨腳金內(nèi)酯信號途徑協(xié)同調(diào)控植物分枝的分子機制。該研究首次從蛋白互作層面闡明了調(diào)控植物密植栽培條件下分枝發(fā)生的分子機制，完善了植物避蔭反應(yīng)的調(diào)控機理，可為耐密植作物新品種的培育提供理論指導(dǎo)。該成果在線發(fā)表在《自然?通訊（Nature Communications）》上。

據(jù)王海洋研究員介紹，分枝（分蘗）數(shù)目是影響植株株型、產(chǎn)量和生物量的關(guān)鍵因素。但在密植栽培條件下，植物間的相互遮蔭會誘發(fā)植物產(chǎn)生避蔭反應(yīng)，引起植株分枝（分蘗）數(shù)目急劇減少，最終導(dǎo)致植物單株產(chǎn)量下降。因此，生產(chǎn)上需要培育耐密植的作物品種以增加其群體產(chǎn)量。該團隊前期研究發(fā)現(xiàn)植物可通過光敏色素信號途徑感應(yīng)密植條件下光信號的變化，調(diào)控下游miR156-SPL分子模塊，進而控制植物的避蔭反應(yīng)。此外，最近研究發(fā)現(xiàn)獨腳金內(nèi)酯是一種抑制植物分枝（分蘗）的主要植物激素。但是目前光敏色素介導(dǎo)的光信號途徑和獨腳金內(nèi)酯信號途徑如何在密植栽培條件下協(xié)同調(diào)控植物分枝（分蘗）的分子機制尚不清楚。

在該研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)miR156-SPL分子模塊的2個重要成員，SPL9和SPL15蛋白，可以直接激活下游分枝關(guān)鍵負調(diào)控因子BRC1的轉(zhuǎn)錄，從而抑制植株分枝的產(chǎn)生;光敏色素A（phyA）信號通路中的2個重要信號傳導(dǎo)因子FHY3/FAR1和獨腳金內(nèi)酯信號途徑重要因子SMXL6/7/8都可以與SPL9/15 2個蛋白互作，并抑制SPL9/15對BRC1的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，從而促進植株分枝的產(chǎn)生。此外，研究還發(fā)現(xiàn)FHY3和FAR1能直接促進SMXL6和SMXL7的轉(zhuǎn)錄。在遮蔭或密植栽培條件下，F(xiàn)HY3和FAR1蛋白水平下降，引起SMXL6和SMXL7的轉(zhuǎn)錄本和蛋白水平下降，使SPL9/15蛋白被釋放出來，導(dǎo)致其下游基因BRC1的轉(zhuǎn)錄水平升高，從而抑制了植株分枝的產(chǎn)生。

該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重大研發(fā)計劃項目和中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程資助。