南京大学生命科学学院孙博团队揭示生长素和细胞分裂素参与的花分生组织适时终止的分子机制

　　

花承担着种子植物的繁殖功能。在农业领域，花的正常发育直接影响作物的产量和质量。因此，对植物花器官发育机理的研究对于提升作物产量具有现实意义。拟南芥的花由花分生组织（FM）分化产生，包括萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊四轮花器官。在花发育的第6期，FM开始分化产生雌蕊原基，此时FM中的干细胞活性需要被适时终止，否则过量的干细胞将产生多余的花器官，使得植物育性降低或败育。C2H2型锌指蛋白KNUCKLES（KNU）是调控FM适时终止的关键转录因子之一，其在花发育的第6期通过直接破坏维持FM活性的WUSCHEL（WUS）-CLAVATA3（CLV3）反馈调节回路，终止FM活性。生长素和细胞分裂素是两类重要的植物激素，对植物各阶段的生长发育具有广泛的调控作用。在花发育过程中，植物激素生长素和细胞分裂素也参与调控FM的活性。KNU与生长素或细胞分裂素是否能相互作用并共同调控FM活性的终止，以及具体的分子调控机制有待深入解析。

 

近日，生命科学学院孙博课题组揭示了拟南芥中KNU蛋白通过调控生长素和细胞分裂素的分布与活性，以实现FM适时终止的分子机制。研究表明，在花发育早期，KNU介导的生长素和细胞分裂素在FM中的动态分布对于其适时终止至关重要。通过对knu-2突变体及相关转基因植株的表型分析，结合分子生物学和细胞生物学实验，发现KNU能够直接结合并抑制生长素转运基因PIN-FORMED1（PIN1）和细胞分裂素合成基因ISOPENTENYLTRANSFERASE7（IPT7）的表达。进一步的实验结果表明，KNU通过介导这些基因位点上抑制性组蛋白修饰H3K27me3的生成，来调控生长素和细胞分裂素的活性。此外，pKNU:PIN1和pKNU:IPT7两种转基因材料显示出与knu-2突变体类似的异位心皮，而knu-2 ipt7和knu-2 pin1-1双重突变体则明显回复了knu-2突变体的异位心皮表型，表明KNU可通过PIN1和IPT7调控FM的适时终止。以上发现为深入理解花发育的分子调控机制提供了新的视角。

该研究于2024年11月23日以“KNUCKLES Regulates Floral Meristem Termination by Controlling Auxin Distribution and Cytokinin Activity”为题在线发表于PLANT CELL杂志。生命科学学院博士生王广令为论文第一作者，孙博教授为该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

论文链接： https://doi.org/10.1093/plcell/koae312