独脚金内酯不敏感如何影响大麦生长？这项研究给出答案

为探究独脚金内酯（SL）影响大麦发育的机制，研究人员分析 hvd14 突变体，发现其激素稳态改变，鉴定出相关转录因子，有助于理解 SL 调控机制。

　　在植物的生长发育过程中，它们就像一个个 “智能小生命”，会根据环境变化不断调整自身的形态结构，以达到最佳的生长状态。而植物的分枝调控就像是一个精密的 “生长开关”，不仅与环境条件紧密相连，还深刻影响着激素平衡和基因表达，最终直接关系到农作物的产量。独脚金内酯（Strigolactones，SL）作为植物激素家族中年轻的一员，在塑造植物形态方面发挥着关键作用，它能够抑制植物的腋芽生长，进而调控植物的分枝情况。然而，尽管 SL 在植物生长中意义重大，但它影响植物分枝进而塑造植物结构的详细机制，这个直接关系到农作物产量的关键问题，却一直隐藏在科学的迷雾之中，亟待研究者们去揭开它的神秘面纱。

在这样的背景下，来自波兰西里西亚大学、加拿大阿尔伯塔大学、捷克帕拉茨基大学等机构的研究人员，决定深入探索 SL 在大麦发育过程中的作用机制。他们以 SL 不敏感的大麦（Hordeum vulgare）突变体 hvd14 及其亲本品种 Sebastian 为研究对象，进行了一系列深入研究。相关研究成果发表在《Scientific Reports》上。

为了开展研究，研究人员运用了多种技术方法。在植物材料培养方面，他们将 hvd14 突变体（其携带编码 SL 受体 HvD14 基因的纯合隐性突变 G725A）与 Sebastian 的种子播种在特定土壤中，并在生长室特定条件下培养。在激素测定上，采用靶向代谢分析对大麦组织中的多种植物激素含量进行测量。转录组分析则是通过收集植物叶片组织，制备 cDNA 文库并测序，再进行数据处理和差异基因筛选。蛋白质组分析是收集幼苗全株，经一系列处理后用质谱仪分析，最后进行数据筛选和分析 。

研究结果主要有以下几个方面：

• 突变促进大麦分蘖：hvd14 突变体由于 HvD14 基因的突变（G725A），导致蛋白结构改变（G193E），使其对 SL 不敏感。在对照条件下，hvd14 产生的分蘖数明显多于野生型（WT）Sebastian，成熟的 hvd14 植株分蘖数几乎是 WT 的两倍。这种差异在 4 周龄植株中变得显著，所以研究人员选择 4 周龄植株进行进一步分析，同时 2 周龄幼苗也被纳入实验。
• 突变改变植物激素含量：研究人员对 WT 和 hvd14 植株不同发育阶段的植物激素含量进行评估。结果发现，2 周龄时，WT 植株中脱落酸（ABA）和吲哚 - 3 - 乙酸（IAA）含量高于 hvd14，而细胞分裂素（CK）和茉莉酸（JA）则相反；4 周龄时，WT 植株中 ABA、JA 和水杨酸（SA）含量更高，CK 含量更低。此外，随着植物发育，不同激素在两种基因型中的变化趋势也不同，如 ABA 和 SA 在 WT 中积累更多，IAA 在两种基因型中均下降，JA 在 WT 中增加而在 hvd14 中减少等。
• SL 不敏感影响转录组和蛋白质组：对比 WT 和 hvd14 叶片转录组，发现不同发育阶段有不同数量的差异表达基因（DEG）。2 周龄时，有 94 个 DEG，4 周龄时，有 1120 个 DEG。蛋白质组分析则显示，2 周龄的差异丰富蛋白（DAP）比 4 周龄的更多。
• 转录组和蛋白质组分析揭示激素相关过程：对 DEG 和 DAP 进行分析，发现 11.6%（21/181）的转录组变化和 14.6%（165/1127）的蛋白质组变化与植物激素相关过程有关。其中，ABA 和 JA 相关的 DEG 和 DAP 最多。研究人员还通过分析启动子序列，筛选出一些可能调节激素相关基因表达的转录因子（TF），并发现一些在大麦和拟南芥中都可能参与 SL 信号传导的 TF。

在讨论部分，研究人员指出，SL 不敏感性显著影响了大麦的茎结构，hvd14 突变体由于对 SL 不敏感，产生了更多的分蘖。这种表型是多种激素相互作用的结果，如 ABA、JA、CK 和 AUX 等激素的含量变化，共同影响了植物的分枝。同时，转录组和蛋白质组的变化与激素稳态的改变密切相关，一些基因和蛋白质的表达变化与激素含量的变化相对应。此外，研究还鉴定出了一些可能参与 SL 信号传导的 TF，这些 TF 在调节激素相关基因表达和植物发育过程中发挥着重要作用。

总的来说，这项研究通过对 hvd14 突变体的深入分析，揭示了 SL 不敏感性对大麦激素稳态、转录组和蛋白质组的影响，鉴定出了一些与 SL 信号传导相关的 TF，为深入理解 SL 在大麦发育中的调控机制提供了重要依据，也为后续相关研究提供了潜在的靶点，有助于进一步探索植物生长发育的奥秘，对提高农作物产量和品质的研究具有重要意义。