PIL家族轉錄因子抑制植物分蘗機制獲解析

近日，山東省農業科學院水稻研究所研究員謝先芝、中國農業科學院作物科學研究所研究員孫加強和孔秀英等合作，報道了PIL家族轉錄因子直接與SPLs互作，并在抑制小麥、水稻和擬南芥分蘗/分枝方面發揮重要作用。相關論文在線發表于《新植物學家》。

株高、分蘗數、分蘗角等結構是小麥、水稻等作物株型的重要決定因素之一，與產量密切相關。闡明影響株型的潛在機制是遺傳改良育種的主要目標之一。在水稻中，SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE14（OsSPL14）轉錄因子通過直接激活BRANCHED1（OsTB1）表達來抑制分蘗。與此類似，該團隊之前發現小麥TaSPL3和TaSPL17通過激活TaTB1表達來抑制分蘗；擬南芥SPL9和SPL15直接激活TB1同源基因BRC1的表達，從而抑制分枝。

最初在擬南芥中鑒定發現的光敏色素互作因子PHYTOCHROME-INTERACTING FACTORs（PIFs）家族在調控苗期光形態建成中發揮關鍵作用。PIFs通過與下游基因啟動子上的G-box（CACGTG）或E-box（CANNTG）基序結合來直接調控它們的表達。目前已在水稻中鑒定出PIF-LIKEs轉錄因子OsPIL11-OsPIL16，但尚不清楚它們的生物學功能。

該研究首先對小麥TaPIL1進行過表達表型分析發現，TaPIL1通過上調TaTB1表達來抑制小麥分蘗。酵母單雜、瞬時表達和ChIP-qPCR實驗結果表明，TaPIL1能夠激活TaTB1轉錄。將TaPIL1與強轉錄抑制因子基序SRDX融合，結果發現TaPIL1-SRDX轉基因小麥分蘗數增加，并表現出矮化表型，說明TaPIL1的轉錄激活活性對于其抑制分蘗功能至關重要。基于前期研究發現TaSPL3/17直接激活TaTB1轉錄來抑制小麥分蘗，研究驗證顯示，TaPIL1可直接與TaSPL3/17互作。

進一步對水稻OsPIL11的功能進行鑒定發現，其過表達和功能缺失突變均分別減少或增加了水稻分蘗數，而這均是通過調控OsTB1表達實現的。在擬南芥中，同樣證實PIF4與SPL9存在互作以抑制莖分枝。綜上說明，轉錄因子PIF/PILs與SPLs的互作在抑制小麥、水稻和擬南芥分蘗/分枝中具有保守特性。