生命科學學院秦跟基課題組與合作者發現植物分枝調控新機制
期次：第1477期
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本報訊 植物分枝是影響植物株型的關鍵因素，不僅對植物適應環境非常重要，也影響農作物和園藝作物的栽培方式或產量，因此解析植物分枝形成的分子調控機制具有重要理論和應用價值。
植物分枝在形成過程中，首先在葉的基部葉腋處形成腋芽，然后腋芽活性決定了腋芽形成休眠芽還是繼續生長形成分枝。目前已發現TCP 轉錄因子家族的 BRANCHED1 (BRC1)是模式植物擬南芥中腋芽活性調控的關鍵因子。TCP 中的“T”是來自于玉米的著名馴化基因TB1，其活性的增加使大芻草被馴化為栽培玉米時分枝減少，BRC1 即是TB1 在擬南芥中的直系同源基因，功能非常保守。BRC1/TB1不僅在擬南芥和玉米中調控分枝，在很多其他重要農作物如水稻、高粱、番茄、豌豆以及馬鈴薯中均具有調控分枝的作用。BRC1/TB1的重要性也顯示在其受多種影響分枝的內外因素如光、獨角金內酯和細胞分裂素等在轉錄水平上
調控其表達，因而其處于分枝調控的中心環節。然而，BRC1/TB1在蛋白水平上的調控機制還很不清楚。
北京大學生命科學學院秦跟基課題組通過遺傳篩選首次發現了一個調控植物葉片發育的重要基因 TIE1，該基因編碼一個轉錄抑制因子。在此研究基礎上，該團隊與來自西班牙的合作者發現，過量表達TIE1不僅使葉片形態發生變化，也使植物的分枝增多，深入分析表明TIE1能特異地在腋芽部位表達，并且表達量隨著腋芽的發育而降低。遺傳證據進一步證明了TIE1 在植物分枝形成過程中起到重要調控作用，當TIE1功能降低時，植物的分枝明顯減少。他們發現 TIE1 蛋白可與 BRC1 蛋白直接相互作用，并且確定了TIE1與BRC1相互作用的區域是 BRC1 中結合 DNA 的 TCP 保守域。轉錄組測序確定了 TIE1 和 BRC1 共調控多個與分枝相關的基因，包括已知的BRC1直接下游基因如 HB21、HB40 和 HB53。最后該研究確定TIE1 是通過在蛋白水平上抑制 BRC1 的活性來調控其下游基因，進而控制植物分枝的分子機制。
該研究不僅首次發現一個轉錄抑制因子在蛋白水平上抑制BRC1/TB1的功能，也揭示了一種植物如何根據內外環境精細調控BRC1/TB1的活性進而靈活地控制植物分枝的分子機制。這一重要發現為農作物分子設計育種提供了理論基礎和基因資源。該成果最近在線發表在國際知名學術期刊 《公共科學圖書館·遺傳學》（PLOS Genetics）上。
值得一提的是，秦跟基教授團隊近年來從解析葉片發育分子機制入手，通過遺傳、生化和分子生物學等手段研究以 TCP 轉錄因子和TIE1 轉錄抑制因子為中心的植物葉片發育和分枝形成的植物器官發育的核心保守調控機制，先后在 《植物細胞》（Plant Cell）、《細胞研究》（Cell Research）等國際知名期刊上發表多篇相關重要原創成果。
