晁代印團隊揭示調控擬南芥下胚軸不定根發生的新機制

　　根是植物的重要器官，植物的根系主要由主根、側根以及不定根組成。不定根的定義較為寬泛，即非根組織上長出的根。自然界中，不定根無論在功能還是形態上都是最具多樣性的，除了正常生長以外，不定根的發生更是受到多種環境因子的誘導。因此，研究不定根的發生機制可以幫助人們更好地理解根的可塑性與適應性。光是一種重要的環境因子，調控植物發育的各個方面。然而，目前對于光是如何調控下胚軸不定根發生的分子作用機制尚不清楚。

　　近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員晁代印團隊等以Phytochrome-Interacting Factors orchestrate hypocotyl adventitious root initiation in Arabidopsis為題在Development上發表最新研究。此前，該團隊揭示了黑暗對于擬南芥下胚軸不定根的發生是必須的，而光信號會通過光受體抑制這一過程的發生。在此基礎上，研究人員進一步揭示了暗形態建成的關鍵轉錄因子PIFs蛋白通過激活生長素合成、生長素轉運以及根形成相關基因的表達，從而調控下胚軸不定根的發生。

　　研究人員對不同的pif突變體進行表型分析，發現PIF1、PIF3、PIF4以及PIF5均正調控下胚軸不定根的發生，并且存在功能冗余。進一步發現，PIFs蛋白激活生長素合成基因YUC2與YUC6的表達，參與下胚軸不定根的發生。但是外源施加生長素IAA并不能恢復pifq（pif1 pif3 pif4 pif5）四突變體不定根缺陷的表型，而在pifq突變體背景下敲除生長素代謝途徑中SUR1基因，提高內源生長素水平后，可以顯著促進下胚軸不定根原基的發生，暗示著PIFs可能調控生長素的內向轉運。研究人員發現，編碼生長素內向轉運蛋白AUX1與LAX3基因的轉錄水平也受到PIFs蛋白的調控。外源施加生長素類似物NAA可以恢復aux1 lax3下胚軸不定根缺陷的表型，但是并不能恢復pifq的表型，說明PIFs還通過調控其他途徑參與不定根的發生。進一步系列分子生化實驗證實了PIFs還可以直接激活參與根原基起始的關鍵基因LBD16/29與WOX5/7的表達，從而調控下胚軸不定根的發生。

　　綜上，該研究發現并闡明了暗形態建成的關鍵轉錄因子PIFs調控下胚軸不定根發生的分子機理，即PIFs通過調控生長素合成、轉運以及根原基起始的關鍵基因，促進下胚軸不定根的發生；進一步揭示了光照與黑暗調控擬南芥下胚軸不定根發生的分子作用機制。

PIFs調控下胚軸不定根發生的分子機理模式圖