中國農業(yè)大學揭示黃瓜分枝調控的分子機制

8 月7 日，中國農業(yè)大學園藝學院張小蘭課題組在PNAS 雜志在線發(fā)表了題為“CsBRC1 inhibits axillary bud outgrowth by directly repressing the auxin efflux carrier CsPIN3 in cucumber”的研究論文。該研究發(fā)現在黃瓜由野生型（多側枝）向栽培種（少側枝）的馴化過程中側枝調控基因CsBRC1 (Branched1) 的表達量逐漸增高，在側枝中直接抑制生長素運輸基因PIN3 的活性，導致側枝中生長素過量積累，從而抑制黃瓜側枝的生長發(fā)育。

側枝的長勢是黃瓜的一個重要農藝性狀，側枝長勢過強，影響主蔓生長，同時也給黃瓜生產管理帶來諸多不便，需要人工去掉側枝。因此，目前國內傾向于種植側枝長勢較弱的品系，而國外為了便于利用機器人采收，則會選用側枝長勢極強的品系。生長素在植物頂端優(yōu)勢形成中起關鍵作用，被認為是間接抑制側芽伸長。TCP 家族的BRANCHED1 (BRC1) /TB1 基因是多個環(huán)境信號和發(fā)育因素的中央調控因子，特異性抑制側芽伸長。但生長素與BRC1 /TB1 蛋白之間的直接聯系尚沒有報道。

張小蘭課題組發(fā)現，在黃瓜中，BRANCHED1 （CsBRC1）在腋芽中特異表達，并且在黃瓜栽培品種 (少側枝) 中表現出比野生品種 (多側枝) 具有更高的表達水平。在黃瓜中沉默CsBRC1 促進了側芽的生長，并減少了側芽中生長素的積累。CsBRC1 干擾植株與野生型植株的RNA-seq 數據比較顯示，生長素外排基因PIN-FORMED 1 (CsPIN1) 和PIN-FORMED 3(CsPIN3) 的表達量顯著升高。對黃瓜 (多側枝) 的側芽施加生長素運輸抑制劑能夠抑制其生長，進一步說明側芽的生長發(fā)育需要將積累的生長素外排到主莖中。通過體內體外試驗進一步發(fā)現CsBRC1 能夠直接結合生長素外排基因CsPIN3 并負調控其表達。原位雜交結果顯示CsPIN3 在黃瓜側芽、側芽的葉原基、幼嫩的莖中都有較強的信號。并且在少側枝的栽培種黃瓜中過表達由CsBRC1 啟動子驅動的CsPIN3 能夠顯著促進側芽的抽出，并導致側芽中生長素含量的降低。該研究結果表明CsBRC1 能夠直接抑制CsPIN3 的功能，促使黃瓜側芽中的生長素積累，導致側芽生長受到抑制，建立了BRC1 與生長素之間的直接聯系，也為培育不同側枝數目黃瓜品種提供新的策略。 （BioArt 植物）