光敏色素与赤霉素协同调控草莓腋生分生组织成熟及匍匐茎命运决定的整合机制

《Molecular Plant》：Integrative regulation of axillary meristem maturation and stolon fate determination in strawberry by light, gibberellin, and ZFP6

本研究针对草莓腋生分生组织命运决定机制不清的问题，通过整合发育生物学与分子遗传学方法，揭示了红光/PhyB信号通路在腋生分生组织成熟过程中的关键作用，并鉴定出锌指蛋白ZFP6通过激活GA20ox4表达促进匍匐茎形成的上游调控机制。研究发现红光通过PhyB促进腋生分生组织成熟，而ZFP6-GA20ox4模块特异性地在成年阶段调控赤霉素生物合成，最终决定匍匐茎与分支冠的形成选择。该研究为植物株型建成的可塑性调控提供了新见解，对草莓无性繁殖和果实产量优化具有重要指导意义。

　　

草莓作为一种重要的经济作物，其独特的繁殖方式一直吸引着植物学家的关注。与大多数植物不同，草莓可以通过两种不同的结构进行无性繁殖：一种是产生果实的分支冠（branch crown），另一种是用于营养繁殖的匍匐茎（stolon，俗称runner）。这种腋生分生组织（axillary meristem, AXM）命运的可塑性决定了草莓的植株架构、繁殖效率和果实产量，然而其分子调控机制长期以来并不清楚。

在草莓生长发育过程中，随着植株从幼年向成年阶段转变，腋生分生组织的命运会发生明显变化：幼年期的腋生分生组织通常发育为分支冠，而成年期的则形成匍匐茎。这种发育阶段依赖的命运转换暗示着存在精细的调控网络。此前研究已知赤霉素（gibberellin, GA）在促进匍匐茎形成中起关键作用，特别是赤霉素生物合成基因GA20ox4的9-bp缺失会导致草莓失去产生匍匐茎的能力（runnerless表型）。然而，GA20ox4的表达如何被精确调控，以及环境信号（如光周期和光质）如何与发育信号整合协调腋生分生组织命运决定，仍是未解之谜。

为了解决这些问题，Lei Guo等研究人员在《Molecular Plant》上发表了题为"Integrative regulation of axillary meristem maturation and stolon fate determination in strawberry by light, gibberellin, and ZFP6"的研究论文。该研究通过多种实验手段系统地解析了草莓腋生分生组织发育的分子调控网络。

研究团队主要采用了基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）创制突变体、RNA-seq转录组分析、扫描电子显微镜观察、激素处理实验、酵母单杂交以及RNA原位杂交等关键技术方法。实验材料主要使用了森林草莓（Fragaria vesca）的Hawaii 4（H4）品系及其各种突变体。

研究结果一：发育阶段调控腋生分生组织命运

研究人员发现，草莓从幼苗到成株的发育过程中，幼年期的简单叶（simple leaves）腋生分生组织总是形成分支冠，而成年期的三出复叶（trifoliate leaves）腋生分生组织则发育为匍匐茎。通过RT-qPCR分析发现，GA20ox4在幼年腋生分生组织中几乎不表达，而在成年腋生分生组织中高表达，表明GA20ox4的表达受到发育阶段的精确调控。

研究结果二：赤霉素生物合成和信号传导促进匍匐茎形成

利用CRISPR技术敲除GA20ox4基因后，突变体成年腋生分生组织失去了形成匍匐茎的能力，转而形成分支冠。相反，敲除赤霉素信号抑制因子RGA1（编码DELLA蛋白）后，突变体即使在幼年阶段也会形成匍匐茎。遗传 epistasis 分析显示rga1突变可以克服ga20ox4突变导致的表型，表明RGA1在GA20ox4下游发挥作用。

研究结果三：红光和PhyB促进腋生分生组织成熟

通过分析phyB突变体和远红光（far-red light）处理实验，研究人员发现红光和其受体PhyB对腋生分生组织的成熟至关重要。在phyB突变体或远红光条件下，腋生分生组织（尤其是幼年期的）无法正常发育为分支冠或匍匐茎，而是停留在未成熟状态。外源细胞分裂素（cytokinin）处理可以促进这些未成熟腋生分生组织的生长，表明PhyB调控的是腋生分生组织成熟而非起始阶段。

研究结果四：ZFP6通过调控GA20ox4表达促进匍匐茎命运

通过RNA-seq分析和共表达网络构建，研究人员鉴定出锌指蛋白ZFP6与GA20ox4高度共表达。CRISPR敲除ZFP6导致植株完全丧失形成匍匐茎的能力，而外源施加GA3可以恢复这一表型。分子分析显示zfp6突变体中GA20ox4表达急剧下降，表明ZFP6位于GA20ox4上游正调控其表达。遗传分析进一步证实ZFP6作用于赤霉素生物合成通路的上游。

研究结论与讨论部分归纳了腋生分生组织发育的四个关键阶段：起始（initiation）、成熟（maturation）、命运决定（fate determination）和分化（differentiation）。该研究首次明确了"成熟"这一先前未被认识的发育阶段，并揭示了红光/PhyB在此过程中的核心作用。同时，鉴定出的ZFP6作为连接发育阶段信号与赤霉素生物合成的关键调节因子，为理解植物如何整合内外信号调控株型建成提供了新视角。

这项研究的重要意义在于拓展了我们对植物腋生分生组织发育的认识框架，从传统的"起始-生长"二分模型发展为包含"成熟-命运决定"的四阶段模型。在应用层面，ZFP6的发现为通过基因编辑技术精确调控草莓繁殖方式（如减少匍匐茎生成以增加果实产量）提供了潜在靶点。此外，该研究建立的分子标记体系为未来研究其他植物物种中类似发育过程的调控机制提供了重要参考。