焦雨铃研究组解析生长素调控叶片展开的分子机制

叶片是植物进行光合作用的主要器官。为了最大限度提高光合能力，高等植物的叶片进化出了具有极性（即不对称性）的扁平的形状。虽然叶片的展开对于高效光合至关重要，我们尚不了解叶片原基如何在发育过程中展开以形成扁平结构。

中国科学院遗传与发育生物学研究所焦雨铃研究组的最新研究发现植物激素生长素对于叶片原基的展开至关重要。在前期的研究中，焦雨铃研究组发现叶片原基中存在生长素浓度差异，近轴面（叶片靠近茎尖一侧，即背面）生长素浓度低，远轴面（腹面）生长素浓度高（Qi et al., 2014, PNAS 111:18769-18774）。通过对生长素、生长素信号转导通路下游的响应因子进行精细成像，该研究组进一步发现生长素与下游响应因子MP仅存在部分重叠，从而在近-远轴面之间的中间区界定了高生长素信号。进而，MP可以直接激活WOX1和PRS在中间区特异的表达。WOX1和PRS是中间区形成的决定因子，是叶片向两侧展开的关键。此外，叶片远轴面特异表达的生长素通路下游响应因子ARF2、ARF3和ARF4则直接抑制WOX1和PRS在远轴面区域的表达。MP和ARF2/3/4的共同作用使WOX1和PRS在叶片中间区域特异表达，从而使叶片能够展开。上述结果阐述了叶片形成过程中，近-远轴极性通过生长素信号通路介导转换为中-边轴极性，从而使叶片展开的分子机制。该课题组最近的另一项研究从生物力学的角度解释了中间区的重要性和生长素对叶片发育的调控（Qi et al., 2017, Nature Plants 3:724-733）。

该研究成果于2017年9月22日在线发表在Current Biology杂志上（DOI：10.1016/j.cub.2017.08.042）。焦雨铃研究组助理研究员关春梅为论文第一作者。美国大学生物学系的Naden T. Krogan教授和中科院遗传发育所农业资源中心的刘西岗研究员参与了研究。该研究得到了科技部973项目、国家自然科学基金和植物基因组学国家重点实验室的资助。