【Plant Cell】研究揭示乙烯-生长素交互信号通路调控棉纤维细胞次生壁新机制

棉花(Gossypium hirsutum)纤维是胚珠表皮细胞分化形成的单细胞毛状突起，是世界上最重要的天然纺织原料之一。棉纤维具有独特的次生细胞壁（SCW）结构，含有90%以上的纤维素，但几乎不含半纤维素或木质素。植物激素乙烯和生长素在植物生长发育中发挥着不可或缺的作用，但乙烯和生长素是否以及如何调节棉纤维SCW形成的分子机制仍未得到充分研究。

近日， The Plant Cell在线发表了来自华中师范大学生命科学学院李学宝教授研究组题为“The transcription factor ERF108 interacts with AUXIN RESPONSE FACTORs to mediate cotton fiber secondary cell wall biosynthesis”的研究论文，该研究揭示了AP2/ERF转录因子GhERF108与生长素响应因子GhARF7-1和GhARF7-2通过乙烯-生长素交互信号通路(ethylene-auxin signaling crosstalk)调控棉纤维SCW发育的新机制。

华中师范大学生命科学学院李学宝教授研究组通过棉花体外离体胚珠培养等实验揭示了乙烯和生长素能够促进棉纤维SCW的形成。他们发现，GhERF108能够响应乙烯信号，而且遗传学实验表明，GhERF108 RNAi转基因棉花纤维SCW厚度显著降低。GhERF108与GhARF7-1或GhARF7-2相互作用，能够显著增强GhARF7-1和GhARF7-2对MYB转录因子GhMYBL1的激活作用。GhARF7-1和GhARF7-2能够响应生长素信号，促进棉纤维SCW的形成。GhMYBL1 RNAi与GhARF7-1和GhARF7-2的沉默转基因棉花纤维SCW表现出与GhERF108 RNAi棉花纤维SCW相似的表型缺陷。与野生型相比较，GhMYBL1 RNAi 棉花纤维细胞对乙烯和生长素信号的响应均显著降低。GhMYBL1能够直接结合在GhCesA4-1、GhCesA4-2和GhCesA8-1的启动子上，激活它们的表达，促进纤维素生物合成和纤维SCW形成。GhERF108与GhARF7-1或GhARF7-2之间的相互作用建立了乙烯-生长素信号串联通路，激活GhMYBL1表达，从而激活棉纤维SCW生物合成。该研究为我们深入了解植物激素在棉纤维SCW形成中的作用提供了新的视角，并有望通过基因工程手段改良棉纤维细胞壁特性，提高棉纤维品质。

转录因子ERF108通过乙烯-生长素交互信号通路调控棉纤维SCW形成示意图

华中师范大学已毕业的王瑶博士（现工作于四川农业大学玉米研究所）和李扬副教授为论文第一作者，华中师范大学李学宝教授和郑勇副教授及华中农业大学李瓅教授为论文共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad214

转自：“iPlants”微信公众号

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