株型是重要的農(nóng)藝性狀，它影響著植物光捕獲、光合作用和資源分配，從而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。植物側(cè)枝發(fā)育受遺傳因子、環(huán)境因素和內(nèi)源激素等多方面的調(diào)控。

  浙江大學(xué)喻景權(quán)教授課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，番茄中油菜素內(nèi)酯(BR)是解除頂端優(yōu)勢的關(guān)鍵信號，它整合植物激素(生長素IAA、獨(dú)腳金內(nèi)酯SL、赤霉素GA和細(xì)胞分裂素CK)和糖信號，通過BR信號途徑的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子BRASSINAZOLE - RESISTANT1(BZR1)直接轉(zhuǎn)錄抑制側(cè)芽中特異表達(dá)的BRANCHED1(BRC1)基因，解除其對側(cè)芽發(fā)生的抑制作用。該研究以Brassinosteroid signaling integrates multiple pathways to release apical dominance in tomato為題發(fā)表在PNAS(Xia et al, 2021)。光作為能源和信號，是影響植株株型的關(guān)鍵環(huán)境因子。然而，側(cè)枝發(fā)生如何受光環(huán)境信號的調(diào)控仍不清楚。

  2023年4月10日，浙江大學(xué)喻景權(quán)/周艷虹團(tuán)隊圍繞番茄植株株型再次在PNAS在線發(fā)表了題為HY5 functions as a systemic signal by integrating BRC1-dependent hormone signaling in tomato bud outgrowth的研究論文，揭示了光信號節(jié)鏈在番茄側(cè)枝發(fā)育中的作用。

  該研究發(fā)現(xiàn)，紅光受體PHYB的失活或缺失以及藍(lán)光受體CRY1a的缺失均導(dǎo)致側(cè)芽中HY5蛋白積累的減少和BRC1 轉(zhuǎn)錄水平的增加，抑制番茄側(cè)枝的生長。葉片感受光變化產(chǎn)生的HY5蛋白作為可移動系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)運(yùn)到側(cè)芽，直接抑制側(cè)芽內(nèi)BRC1和激活番茄BR生物合成基因的轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)側(cè)枝的生長。研究還發(fā)現(xiàn)了BRC1的下游靶標(biāo)基因，探明BRC1通過直接抑制側(cè)芽中CK合成基因LOG4的轉(zhuǎn)錄，同時激活CK和GA降解基因(CKX7. GA2ox4和GA2ox5)的轉(zhuǎn)錄水平，影響CK和GA的積累，導(dǎo)致側(cè)芽生長受阻。有趣的是，與植物光形態(tài)建成相反，側(cè)枝生長主要發(fā)生在日間，這主要與光誘導(dǎo)的HY5抑制了腋芽中BRC1的轉(zhuǎn)錄有關(guān)。

  綜上所述，光信號因子HY5作為系統(tǒng)信號在調(diào)控番茄側(cè)枝發(fā)育中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究不僅揭示了植物光信號在側(cè)枝發(fā)育中的作用，也為光環(huán)境調(diào)控來優(yōu)化植株株型，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)提供了科學(xué)依據(jù)。

  浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院喻景權(quán)教授為該文的通訊作者，周艷虹教授和英國伯明翰大學(xué)Christine Foyer教授為共同通訊作者，博士生董韓、博士生王嘉純?yōu)樵撜撐牡墓餐谝蛔髡摺Ｔ撗芯康玫搅藝易匀豢茖W(xué)基金和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項目的資助。

  論文鏈接： https://doi.org/10.1073/pnas.2301879120

2023年4月24日

來源：浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院