葉片基—頂軸生長的激素調控研究獲進展

葉片具有3個生長軸，近—遠軸、中—邊軸和基—頂軸，葉片在這3個軸向上的生長分別決定了葉片的厚度、寬度和長度。其中，近—遠軸和中—邊軸發育的調控機制已了解得較為清楚，而基—頂軸方向的生長是如何被調控的卻知之甚少。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員焦雨鈴研究組長期致力于葉片形態建成的研究。前期綜合分子遺傳學、活體成像和數學建模等方法，著力研究了葉片三維塑形的機制。其中，植物激素生長素對葉片的扁平化生長至關重要。近—遠軸通過生長素及其下游信號分子在葉片中的差異分布，界定了中—邊軸極性的建立，促進了葉片扁平化生長。在此基礎上，課題組進一步研究了生長素對葉片基—頂軸生長的調控。結果發現，生長素信號轉導途徑中的2個重要的轉錄因子ARF6和ARF8促進莖生葉、萼片等葉性器官在基—頂軸方向的生長。分子生化試驗表明，ARF6和ARF8通過激活油菜素內酯合成的關鍵酶基因DWF4的表達促進了油菜素內酯的合成與信號轉導，實現了對葉性器官基—頂軸生長的調控。上述分子水平的調控影響細胞壁中果膠的修飾和力學屬性，降低了細胞壁的硬度。數學模擬表明，細胞壁中各向同性組分果膠的塑形增強能夠促進各向異性的細胞生長，促使細胞和器官沿基—頂軸方向進一步生長，增加了葉片長度。該研究揭示了生長素和油菜素內脂的相互作用對葉片基頂軸生長的多水平的調控機制，也為自然界中葉片的多樣形態提供了可能的解釋。

相關研究成果于2021年3月在線發表在《Molecular Plant》上（DOI：10.1016/j.molp.2021.03.011）。