中國網/中國發展門戶網訊 6月11日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋院士團隊在《自然》期刊在線發表研究論文，系統鑒定了擬南芥中獨腳金內酯的早期響應基因，闡明了獨腳金內酯調控分枝發育、葉片形狀以及花青素積累的分子機制，突破了獨腳金內酯信號途徑研究的瓶頸，發現SMXL6、SMXL7和SMXL8（簡稱SMXL6,7,8）作為轉錄因子調控自身轉錄，同時作為轉錄抑制蛋白調控分枝等重要發育過程，揭示了一種全新的植物激素信號轉導機制。該團隊關于“闡明獨腳金內酯通過誘導其抑制因子D53降解調控水稻的分蘗和株型”的成果曾入選“2014年度中國科學十大進展”，此次成果是在植物激素信號轉導領域的又一突破性進展。

據介紹，獨腳金內酯是一種新型植物激素，通過抑制側芽的生長在株型建成中發揮關鍵作用，同時調控株高、光形態建成、葉片形狀、花青素積累、根系形態等諸多生長發育過程以及植物對干旱、低磷等環境脅迫的適應。此外，獨腳金內酯作為根際信號促進寄主植物與叢枝菌根真菌的共生，有助于植物吸收水分和營養，但也會刺激寄生雜草種子的萌發，造成農作物的嚴重減產。因此，對獨腳金內酯信號途徑的研究具有重要的科學意義和應用價值。

李家洋院士團隊長期從事獨腳金內酯的合成及信號轉導研究，發現獨腳金內酯能夠誘導其受體D14與F-box蛋白D3/MAX2以及抑制蛋白D53/SMXL2,6,7,8形成復合體，啟動信號轉導，誘導D53/SMXL2,6,7,8發生泛素化修飾介導的蛋白降解，解除對下游基因的轉錄抑制，調控植物株型以及作物產量。然而目前僅有少量獨腳金內酯早期響應基因得到鑒定，遠不足以解釋獨腳金內酯在植物生長發育多個方面的重要調控作用；獨腳金內酯的人工合成類似物rac-GR24激活獨腳金內酯和karrikin兩條信號途徑，導致已鑒定的響應基因不一定位于獨腳金內酯信號途徑中。

為突破獨腳金內酯信號轉導研究的瓶頸，研究團隊合成了GR24的對映異構體，發現GR24^4DO能夠特異性激活擬南芥中獨腳金內酯信號通路，以依賴于獨腳金內酯受體D14的方式調控下游基因表達，并系統鑒定了401個獨腳金內酯早期響應基因。發現獨腳金內酯通過激活BRC1的表達上調HB40的表達水平，進而提高側芽中植物激素脫落酸（ABA）的含量，抑制分枝發育；通過激活TCP1的表達促進葉片伸長；通過激活PAP1、PAP2、MYB113和MYB114的表達，上調花青素合成基因DFR、ANS和TT7的表達，促進花青素的合成與積累。

已有研究表明，在生長素、赤霉素、茉莉素和獨腳金內酯等依賴于泛素降解系統的激素信號通路中，抑制蛋白不能直接結合DNA，通過結合轉錄因子并抑制轉錄因子的轉錄活性，阻遏激素響應基因的表達。

該團隊發現SMXL6能夠直接結合SMXL6,7,8基因的啟動子并抑制它們的轉錄，SMXL7啟動子的ATAACAA基序對于SMXL6結合SMXL7啟動子并抑制其轉錄至關重要。SMXL7能直接結合SMXL6,7,8基因的啟動子，SMXL8也可直接結合SMXL7的啟動子，說明SMXL6,7,8能夠作為轉錄因子直接結合DNA并負調控自身編碼基因的轉錄，從而維持自身的穩態和適度的SL信號響應。同時SMXL6,7,8能夠作為轉錄抑制蛋白發揮功能，通過招募轉錄因子并抑制轉錄因子的轉錄活性，阻遏獨腳金內酯早期響應基因的轉錄，調控分枝伸長等發育過程。因此，SMXL6,7,8是具有轉錄因子和抑制蛋白雙重功能的新型抑制蛋白。

據悉，該研究工作是植物激素信號轉導領域的突破性進展，提出了一種全新的植物激素信號轉導機制，為探索激素作用機理提供了新思路，具有重要的科學意義。研究揭示了獨腳金內酯信號通路中的轉錄調控網絡，繪制了獨腳金內酯信號通路的全景圖，為全面解析獨腳金內酯調控植物生長發育以及環境適應的分子機制奠定了重要基礎，對改良作物株型、提高營養利用效率以及培育抗寄生作物具有重要指導意義。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所王磊博士和王冰副研究員為該論文的共同第一作者，李家洋研究員和王冰副研究員為共同通訊作者。植物激素平臺褚金芳博士、南京農業大學熊國勝教授及中國科學院上海有機化學研究所楊軍研究員參與了該項研究工作。

獨腳金內酯信號轉導新機制