ABA抑制下胚軸向光性生長的機制解析

　　2021年6月18日，Plant Physiology在線發表了河南大學生命科學學院棉花生物學國家重點實驗室張驍教授和趙翔副教授為共同通訊的題為“A High Concentration of Abscisic Acid Inhibits Hypocotyl Phototropism in Gossypium arboreum by Reducing the Accumulation and Asymmetric Distribution of Auxin”的研究論文。該研究發現樹棉中較高的ABA濃度破壞了生長素在光響應下的積累和不對稱分布，從而導致下胚軸向光性減弱。

　　由向光素介導的下胚軸向光性生長通過響應藍光照射優化子葉生長方向，在幼苗形態建成中起關鍵作用。下胚軸的快速伸長受外界環境因素（如光照）和多種植物內源激素的綜合調控。

　　植物激素是下胚軸伸長調控的重要信號分子，已知赤霉素（GA）和油菜素甾醇（BR）協同促進下胚軸生長，而脫落酸（ABA）具有抑制作用。向光性影響形態發生的機制在擬南芥中已得到廣泛研究，但對于棉花等多倍體作物仍需要進一步研究。

　　本研究，作者發現二倍體棉花品種Gossypium arboreum下胚軸的向光性弱于雷蒙德氏棉Gossypium raimondii（圖1）。LC-MS分析顯示G. arboreum下胚軸具有較高的ABA含量和較低的IAA 和生物活性GAs含量。激素生物合成和響應相關基因的表達分析發現，ABA生物合成途徑中的關鍵酶編碼基因ABA2、AAO3以及GA氧化酶基因GA2OX1在G. arboreum中的表達量均明顯高于G. raimondii，而GA3OX的表達量較低，這分別促使ABA合成增加以及活性GA向非活性GA的轉化。

　　圖1. 藍光下二倍體棉的向光性生長

　　進一步分析發現，較高濃度的ABA能夠抑制G. raimondii下胚軸中IAA的不對稱分布，并阻礙其向光彎曲。在 G. arboreum 中，將IAA或GA3添加于下胚軸的陰暗側和照明側分別增強和抑制了向光彎曲（圖2）。而在黑暗條件下，在下胚軸的一側添加IAA而非GA將導致下胚軸彎曲生長。這些結果表明IAA的不對稱分布促進了下胚軸向光性生長。

　　圖2. GA3或IAA處理后G. arboreum下胚軸的向光性生長

　　總之，G. raimondii具有較高水平的GA3，并通過IAA依賴的方式促進下胚軸的光向性，而G. arboreum中較高水平的ABA通過抑制生長素的不對稱分布拮抗GA3介導的向光性生長。