蜈蚣草EoPGP1基因调控生长素运输及株型建成的功能解析与育种应用潜力

本研究首次克隆并功能鉴定了蜈蚣草（Eremochloa ophiuroides）中P-糖蛋白家族成员EoPGP1，证实其通过调控生长素（IAA）极性运输（PAT）影响叶片角度和节间长度，为培育高密度草坪草提供了关键靶点基因。该基因在酵母、拟南芥（AtPGP1互补）和水稻（NPA敏感性增强）中的跨物种验证，揭示了PGP家族蛋白在单子叶植物株型调控中的保守机制。

　　

Highlight

蜈蚣草EoPGP1编码的I类P-糖蛋白(PGP)成员具有高度保守的结构域（两个跨膜结构域TMDs和两个核苷酸结合域NBDs）、基序（Walker A、Q-loop、ABC转运特征序列、Walker B、D-loop和H-loop/switch）及ATP结合位点。EoPGP1定位于质膜，这与既往PGP蛋白的定位结果一致。

关键发现

通过分析EoPGP1互补型拟南芥、EoPGP1过表达水稻以及表达EoPGP1的酵母yap1-1突变体，我们发现：

1. 在酵母系统中，EoPGP1可直接介导生长素转运；

2. 在拟南芥atpgp1突变体中，EoPGP1能完全恢复其因红光/蓝光/弱光诱导的表型缺陷；

3. 水稻过表达株系表现出三大特征：叶片夹角增大、游离吲哚-3-乙酸(IAA)含量升高、以及对生长素运输抑制剂1-萘基邻氨甲酰苯甲酸(NPA)的敏感性增强。

结论

本研究证实EoPGP1通过调控生长素动态分布来修饰植物株型，其作用机制包括：

• 作为生长素外排泵影响局部IAA浓度梯度

• 通过NBD结构域水解ATP为转运提供能量

• 与ZmBR2（玉米）、SbDW3（高粱）等直系同源基因具有相似的株型调控功能

该基因为蜈蚣草密度改良提供了可操作分子靶点，未来可通过基因编辑精准调控其表达水平。