CsPIF1-like-CsYUC8模块介导的auxin积累驱动黄瓜高温诱导下胚轴伸长的分子机制

为解决高温胁迫下黄瓜下胚轴过度伸长影响农业生产的难题，研究人员聚焦auxin（IAA）生物合成通路，发现热响应转录因子CsPIF1-like通过直接激活CsYUC8表达促进auxin积累，从而驱动下胚轴伸长。该研究揭示了CsPIF1-like-CsYUC8-IAA分子模块的调控机制，为葫芦科作物耐热育种提供新靶点。

　　

随着全球极端高温事件频发，高温胁迫已成为威胁农作物稳产的重要环境因素。在植物应对高温的形态适应中，下胚轴过度伸长（hypocotyl elongation）会导致植株倒伏和嫁接困难，严重影响黄瓜等作物的栽培效率。尽管已知auxin（生长素，IAA）在植物热形态建成（thermomorphogenesis）中起核心作用，但黄瓜中高温诱导下胚轴伸长的分子机制尚不明确。

针对这一科学问题，华南农业大学园艺学院/农业农村部华南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室的研究团队在《Plant Stress》发表最新成果。研究人员通过激素检测发现高温处理（42°C）使黄瓜下胚轴IAA含量显著升高，而外源施加IAA可模拟高温促伸长效应，auxin运输抑制剂NPA则能逆转该表型。转录组分析锁定auxin生物合成关键基因CsYUC8（编码黄素单加氧酶），其表达量在高温下持续上调。通过构建CsYUC8过表达（OE）株系，证实其能通过提升IAA水平促进黄瓜和拟南芥下胚轴伸长。进一步筛选发现bHLH家族转录因子CsPIF1-like可结合CsYUC8启动子的G-box/E-box元件并激活其转录，且CsPIF1-like的表达响应高温早于CsYUC8，由此解析出CsPIF1-like-CsYUC8-IAA的级联调控通路。

研究采用的主要技术包括：LC-MS/MS检测植物激素含量、酵母单杂交（Y1H）筛选互作蛋白、双荧光素酶报告系统（DLR）验证转录激活、亚细胞定位观察蛋白分布，以及通过农杆菌介导的遗传转化获得转基因植株。

3.1 高温通过IAA积累刺激下胚轴伸长

高温处理使黄瓜下胚轴长度增加63%，同时IAA含量显著上升，而其他激素如IPA（吲哚-3-丙酮酸）和ZR（玉米素核苷）下降，表明IAA是高温响应的核心调控因子。

3.2 CsYUC8是高温响应的关键基因

在TAA/YUC双酶auxin合成通路中，CsYUC8表达量在高温下呈现持续性上调。系统进化分析显示其与甜瓜CmYUC8同源性最高，且与拟南芥AtYUC8存在共线性关系。

3.3 CsYUC8过表达驱动下胚轴伸长

在拟南芥中过表达CsYUC8可使下胚轴显著伸长。黄瓜CsYUC8-OE株系的IAA含量较野生型提高，且NPA处理能抑制其伸长表型，证实CsYUC8通过auxin合成途径发挥作用。

3.4 CsPIF1-like直接激活CsYUC8

新发现的转录因子CsPIF1-like在高温1小时内即被诱导表达，其蛋白定位于细胞核。Y1H和DLR实验证实CsPIF1-like通过结合CsYUC8启动子激活转录，形成高温信号传导的早期响应模块。

该研究首次在黄瓜中阐明CsPIF1-like-CsYUC8分子模块通过精细调控auxin合成介导高温诱导的下胚轴伸长。相较于已报道的AtPIF4/7-AtYUC8通路，CsPIF1-like的发现拓展了PIF家族的功能多样性。研究为解析葫芦科作物热形态建成的分子机制提供新视角，其鉴定的关键基因可用于分子设计育种，培育节间紧凑的耐热黄瓜品种以应对气候变化挑战。值得注意的是，其他CsYUC家族成员可能参与功能冗余，且CsPIF1-like启动子含有热激元件（HSEs），这些发现为后续研究高温信号转导网络提供了重要线索。