The Plant Cell | 西北农林科技大学李明军教授团队揭示转录因子MdBPC2调节生长素合成促进苹果矮化的分子机制

株高一直是影响作物产量的重要农艺性状，矮秆作物品种的问世是“绿色革命”的里程碑，矮秆不仅有利于抗倒伏，而且耐贫瘠，利于作物产量的提高。植物激素赤霉素（GA）具有促进细胞伸长从而引起植株增高的作用，因此阻断GA的生物学效应成为控制株高的主要方法。最近研究证实，包括生长素在内的其他激素在调节株型发育中也发挥重要作用。然而，生长素作用于株型的潜在机制尚不清楚，但有证据表明详细分析生长素生物合成的调控对于理解植物的生长发育至关重要。

2023年11月29日，The Plant Cell在线发表了西北农林科技大学园艺学院苹果抗逆与品质改良创新团队李明军教授课题组题为“The transcription factor MdBPC2 alters apple growth and promotes dwarfing by regulating auxin biosynthesis”的研究论文，解析了转录因子MdBPC2如何通过H3K27me3甲基化修饰来调控生长素生物合成进而调节苹果植株生长和株型的机制。

已知植物特异性转录因子BARLEY B RECOMBINANT/BASIC PENTACYSTEIN（BBR/BPC）参与植物发育多个方面的调控，包括胚胎发育、根系生长和开花等。在拟南芥中，根据N末端序列的不用，该家族7个成员被分为三类：Class I（BPC1/2/3）、Class II（BPC4/5/6）和Class III（BPC7）。Class I成员诱导拟南芥和水稻植株矮化的功能也已被报道，但其影响株型的确切机制尚不明确。

本研究在苹果中鉴定到Class I BBR/BPC基因MdBPC2，它在矮化砧木中高表达并负调控生长素生物合成。MdBPC2在苹果中的过表达使株高降低，叶片形态发生改变，并抑制了根系发育。这些表型是由生长素水平降低所致，且外源IAA处理后能够使表明恢复逆转。单独沉默表达MdBPC2没有明显的表型效应，而苹果中Class I和Class II BPCs的同时沉默表达则能显著增加植物中生长素的含量。生化分析表明，MdBC2可直接与生长素合成基因MdYUC2a和MdYUC6b启动子上的GAGA-rich元件结合，以抑制它们的转录并减少MdBC2过表达株系中生长素的积累。进一步的研究证实，MdBPC2与多梳蛋白家族（PcG）成员LIKE HETEROCHROMATIN PROTEIN 1（LHP1）互作，通过组蛋白H3赖氨酸27三甲基化（H3K27me3）抑制MdYUC2a和MdYUC6b的表达。与之对应，沉默表达MdLHP1能够去除MdBPC2对生长素积累的负面影响。

该研究揭示了BPC转录因子通过控制生长素生物合成调节多年生木本植物矮化的机制，为苹果砧木的遗传改良提供了理论基础。

图1. MdBPC2抑制植株生长

图2. 苹果生长期间BPC2-LHP1复合物抑制生长素生物合成基因YUC2a/6b表达的模型

西北农林科技大学园艺学院赵海艳为本文第一作者，李明军教授为论文通讯作者，马锋旺教授、博士后祝令成、马百全副教授、张志军博士等也参与了此次研究。该项工作得到了国家自然科学基金、陕西省科技创新团队项目、中国博士后科学基金和国家现代农业产业技术体系的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad297

转自：“植物生物学研究”微信公众号

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