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西南大學羅克明團隊揭示miR156-SPL模組調控樹木物候的新機制

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北方和溫帶地區的多年生樹木隨著季節變換，表現出顯著的生長與休眠週期性轉換的生長特性，又叫樹木物候，其主要受到光週期和溫度的精細調控。在冬季到來之前，樹木的頂芽經歷連續的適應反應，包括生長停止、駐芽和進入休眠。

西南大學羅克明團隊揭示miR156-SPL模組調控樹木物候的新機制

北方和溫帶地區的多年生樹木隨著季節變換，表現出顯著的生長與休眠週期性轉換的生長特性，又叫樹木物候，其主要受到光週期和溫度的精細調控。在冬季到來之前，樹木的頂芽經歷連續的適應反應，包括生長停止、駐芽和進入休眠。前人研究發現，短日照介導的楊樹頂芽生長停止和建立休眠受紅光/遠紅光受體光敏色素（phyB）及其互作因子PIF8蛋白的調節。然而，位於phyB-PIF8模組下游直接調控楊樹在短日照條件下生長停止和進入休眠的分子元件或調控通路仍不清楚。

近日，西南大學生命科學學院羅克明教授團隊在國際主流植物學期刊 New Phytologist線上發表了題為SPL16 and SPL23 mediate photoperiodic control of seasonal growth in Populus trees的研究論文，報道了短日照條件下PIF8-miR156-SPL16/23-FT2/BRC1 級聯通路介導調控楊樹生長停止和進入休眠過程。該研究建立了光週期感知模組phyB-PIF8與樹木物候調控新模組miR156-SPL16/23的直接聯絡，為樹木季節性生長背後的分子機制提供了新的見解。
西南大學羅克明團隊揭示miR156-SPL模組調控樹木物候的新機制
該研究對野生型（WT）毛白楊（Populus tomentosa）進行不同光週期處理，發現短日照條件（SD）抑制楊樹葉片和頂芽中miR156的表達，而miR156靶向的18個SPL基因中，有11個表達上調，包括SPL16和SPL23（為擬南芥開花促進因子SPL3的同源基因）。相較於WT植株，楊樹MIR156a-OE和MIR156c-OE超表達植株在短日照條件下生長停止和駐芽時間均延緩。進一步研究發現，miR156靶標基因SPL16/23在控制楊樹生長停止中發揮關鍵作用。楊樹spl16和spl16/23突變體在短日照條件（SD）下呈現生長停止和駐芽延緩的表型；而超表達SPL16或SPL23導致楊樹的頂芽生長停止和駐芽提前。因此，SPL16和SPL23是介導短日照誘導楊樹生長停止和駐芽的正調控因子（圖1）。
西南大學羅克明團隊揭示miR156-SPL模組調控樹木物候的新機制
圖1. 楊樹SPL16/23是楊樹生長停止和駐芽的正調控因子
為了進一步解析SPL16/23調控楊樹季節性生長停止的分子機制，本研究利用Y1H, EMSA, Effector-reporter和DLA等試驗證明SPL16/23能直接抑制FT2表達，同時直接促進BRC1.1/1.2表達，進而整合下游通路調控楊樹季節性生長停止。此外，本研究揭示miR156-SPL16/23模組作用於phyB-PIF8模組下游發揮作用。PIF8.1和PIF8.2能夠直接結合MIR156a/c啟動子並抑制其表達，通過上調miR156靶標基因SPL16/23來介導短日照誘導的頂芽生長停止。
該研究拓展了miR156-SPL年齡模組在調控多年生樹木季節性生長過程中的功能，揭示了短日照條件下PIF8-miR156-SPL16/23-FT2/BRC1 級聯通路調節楊樹生長停止和進入休眠的新機制（圖2）。
西南大學羅克明團隊揭示miR156-SPL模組調控樹木物候的新機制
圖2. SPL16和SPL23介導光週期調控楊樹季節性生長的調控通路
西南大學生命科學學院魏洪彬副教授、碩士研究生羅夢庭、碩士研究生鄧嬌為論文的共同第一作者。碩士研究生肖越、嚴慧婷等參與了本項工作。西南大學生命科學學院羅克明教授為論文通訊作者。本項研究得到國家重點研發計劃子課題專案（2022YFD1201600）、國家自然科學基金青年專案（32101483）和重慶市科技興林重大專項（2D-2022-2）等專案共同資助。
論文連結：
https://doi.org/10.1111/nph.19485
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