ABA抑制下胚轴向光性生长的调控机制

2021年6月18日，Plant Physiology在线发表了河南大学生命科学学院棉花生物学国家重点实验室张骁教授和赵翔副教授为共同通讯的题为“A High Concentration of Abscisic Acid Inhibits Hypocotyl Phototropism in Gossypium arboreum by Reducing the Accumulation and Asymmetric Distribution of Auxin”的研究论文。该研究发现树棉中较高的ABA浓度破坏了生长素在光响应下的积累和不对称分布，从而导致下胚轴向光性减弱。

由向光素介导的下胚轴向光性生长通过响应蓝光照射优化子叶生长方向，在幼苗形态建成中起关键作用。下胚轴的快速伸长受外界环境因素（如光照）和多种植物内源激素的综合调控。

植物激素是下胚轴伸长调控的重要信号分子，已知赤霉素（GA）和油菜素甾醇（BR）协同促进下胚轴生长，而脱落酸（ABA）具有抑制作用。向光性影响形态发生的机制在拟南芥中已得到广泛研究，但对于棉花等多倍体作物仍需要进一步研究。

本研究，作者发现二倍体棉花品种Gossypium arboreum下胚轴的向光性弱于雷蒙德氏棉Gossypium raimondii（图1）。LC-MS分析显示G. arboreum下胚轴具有较高的ABA含量和较低的IAA 和生物活性GAs含量。激素生物合成和响应相关基因的表达分析发现，ABA生物合成途径中的关键酶编码基因ABA2、AAO3以及GA氧化酶基因GA2OX1在G. arboreum中的表达量均明显高于G. raimondii，而GA3OX的表达量较低，这分别促使ABA合成增加以及活性GA向非活性GA的转化。

图1. 蓝光下二倍体棉的向光性生长

进一步分析发现，较高浓度的ABA能够抑制G. raimondii下胚轴中IAA的不对称分布，并阻碍其向光弯曲。在 G. arboreum 中，将IAA或GA3添加于下胚轴的阴暗侧和照明侧分别增强和抑制了向光弯曲（图2）。而在黑暗条件下，在下胚轴的一侧添加IAA而非GA将导致下胚轴弯曲生长。这些结果表明IAA的不对称分布促进了下胚轴向光性生长。