多种植物激素和光信号调控顶端弯钩形成的分子机制

Since the importance of the shoot apical meristem, dark-grown seedlings develop an apical hook to protect it from mechanical injury when penetrating through the soil. Phytohormones and light signals regulate the apical hook formation. Previous study showed that ethylene, auxin and gibberellin coordinately modulate this process through HOOKLESS1 (HLS1). HLS1 loss of function mutant could not form the apical hook and failed to grow out of the soil. In this study, we will reveal the role of jasmonic acid, auxin, ethylene and light during apical hook formation. We will also clarify their relationship with HLS1. The results will shed more light on how plant integrates the intrinsic and environmental signals to regulate its growth and development.

植物的茎顶端分生组织非常重要，土中固着生长的幼苗在黑暗环境中会形成“顶端弯钩”，以保护其顶端分生组织在出土时免受机械损伤。研究表明，多种植物激素和光信号参与调控顶端弯钩的形成。乙烯、生长素和赤霉素以HOOKLESS1（HLS1）为整合点共同调控顶端弯钩的形成，HLS1缺失突变则导致植物不能形成顶端弯钩。在本项目中，我们将依据前期的研究结果，以HLS1为切入点，阐释茉莉酸、生长素、乙烯和光交叉互作调控顶端弯钩形成的新机制。在阐明植物激素和光信号通过整合HLS1调控顶端弯钩形成的同时，进一步揭示内源信号与外源信号整合调控植物生长发育过程的分子机制。

土中固着生长的幼苗在黑暗环境中会形成“顶端弯钩”，以保护其脆弱的子叶和顶端分生组织在出土过程中免受机械损伤。研究表明，多种植物激素和光信号参与调控顶端弯钩的发育，而HOOKLESS（HLS1）在此过程中发挥着重要的调控作用，HLS1缺失突变导致植物不能形成顶端弯钩。本项目以HLS1为切入点，阐释了植物激素乙烯与茉莉素拮抗调控顶端弯钩发育的分子机制，乙烯与茉莉素以相反方向调控转录因子EIN3/EIL1功能实现对HLS1基因表达以及顶端弯钩发育的相反调控（乙烯促进而茉莉素抑制）；利用实时、动态成像系统对顶端弯钩的早期形成过程进行了更加深入、细致的观察和分析，初步发现顶端弯钩的形成与重力有关，即胚根在穿破种皮后感应重力方向，向竖直朝下的方向弯曲生长，该弯曲是顶端弯钩形成的结构基础，并发现胚胎内部的子叶弯曲在子叶突破种皮后会打开，该弯曲与顶端弯钩无关；阐述了光诱导顶端弯钩打开的分子机制，光通过抑制两类转录因子（EIN3/EIL1和PIFs）的功能，实现对HLS1基因表达的快速下调，进而诱导顶端弯钩快速打开。我们的工作为顶端弯钩的发育过程提供了更多珍贵的形态学细节描述，揭示了EIN3/EIL1和PIFs这两类转录因子作为核心因子整合内源激素与外源信号实现对调控顶端弯钩发育的精细调控。