植物密植条件下分枝减少调控机制获揭示

华南农业大学生命科学学院的王海洋教授团队和中国农业科学院生物技术研究所的研究人员合作，首次阐明了FHY3和FAR1的分子机制，通过整合植物外部光信号途径和植物内部内酯信号途径，在密植条件下合作控制分枝。相关的研究发表在4月23日的《自然通讯》上。

分枝数(分蘖数)是影响株型、产量和生物量的关键因素。然而，在密植条件下，植物间的相互遮荫会诱导植物的避荫反应，导致植物分枝(分蘖)数量急剧减少。例如，在密植条件下，水稻和小麦的分蘖数将受到抑制，从而影响单株产量。因此，有必要培育密植的耐盐作物品种，以提高群体产量。

王海洋团队的早期研究发现，在密集种植条件下，植物可以通过光敏色素信号途径感知光信号的变化，调节下游的miR156-SPL分子模块，并进一步控制植物的避荫反应。此外，最近的研究发现，strigolactone是抑制植物分枝(分蘖)的主要植物激素。然而，目前尚不清楚光敏色素介导的光信号途径和strigolactone信号途径如何在密植条件下协同调节植物分枝(分蘖)的分子机制。

研究人员发现，miR156-SPL分子模块的两个重要成员，SPL9和SPL15蛋白，可以直接激活下游分支中关键负调节因子BRC1的转录，从而抑制植物分支的生成。光敏色素A (phyA)信号通路中的两个重要信号转导因子FHY3/FAR1和strigolactone信号通路重要因子SMXL6/7/8可与两个蛋白SPL9/15相互作用，抑制SPL9/15对BRC1的转录调控，从而促进植物分枝的产生。

该研究还发现FHY3和FAR1能直接促进SMXL6和SMXL7的转录。在遮荫或密植条件下，FHY3和FAR1的蛋白水平降低，导致SMXL6和SMXL7的转录和蛋白水平降低，释放SPL9/15蛋白，导致其下游基因BRC1的转录水平增加，从而抑制植物分枝的产生。

据了解，王海洋团队长期以来一直致力于分析植物避光反应的分子机制。继该团队在2017年首次发现植物可以通过光敏色素相互作用蛋白(PIFs)直接控制miR156-SPL分子模块以进一步控制植物的避荫反应之后，该团队在2019年还发现拟南芥FHY3和FAR1这两种光信号传递同源转录因子是一种新型的重要避荫反应调节因子，并通过整合植物外部光信号和内部茉莉酸信号的信号通路来协调调节密集种植条件下植物生长和防御的平衡。在2020年初，他们进一步发现FHY3/FAR1还能与植物年龄信号通路的三个关键因子SPL3/4/5相互作用，并抑制其下游开花基因FUL/LFY/AP1/MIR172C的激活，从而抑制开花。

王海洋表示，这些研究成果极大地改善了植物避荫反应的调控机制，可以为培育耐密植作物新品种提供理论指导。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-020-15893-7