拟南芥耐荫反应分子机制的研究

Light is an important environmental signal that directs plant development throughout its whole life span. In response to vegetative shade, shade avoiding plants will induce a series of responses including stem and petiole elongation that are collectively called the shade avoidance responses. Shade tolerant plants, on the other hand, do not induce elongation growth, but will also generate morphological and physiological changes that may allow plants to survive under shade. Due to the lack of a proper research system, little is known about how the shade tolerance responses help plants to endure shade and what is the underlying molecular mechanism. Arabidopsis thaliana is a typical shade avoiding plant. It was previously reported that the shade avoidance responses can be negatively regulated in Arabidopsis as well, which we termed the shade tolerance response in Arabidopsis. In this study, we set up two shade conditions to induce shade avoidance and shade tolerance responses in Arabidopsis. We will then investigate the morphological and physiological changes in plants under these two conditions, their changes in sensitivity to hormones and various stresses. Through approaches such as transcriptional profiling, genetic screen and analysis, we aim to identify key signaling components in the shade tolerance response, uncover their functions and construct the signaling network. Results from this study will not only allow us to utilize the shade tolerance response of the shade avoiding crops to attenuate traits that are detrimental to crop yield, but also will set a starting point for understanding the molecular mechanism of the shade tolerance responses in the shade tolerance plant species.

光是调节植物生长发育的重要环境因子。面对遮荫信号，避荫植物会诱导以茎和叶柄的伸长为主的一系列形态和生理变化，统称为避荫反应；耐荫植物则不会诱导伸长生长，而是产生一系列可能帮助植物应对遮荫胁迫的生理和形态变化。由于缺乏合适的研究体系，我们对耐荫反应如何帮助植物应对遮荫，其分子机制等都缺乏了解。拟南芥虽然是典型的避荫植物，但是研究表明在拟南芥中存在负调控避荫反应的机制，我们称之为拟南芥的耐荫反应。在本申请中，我们通过设定不同的遮荫条件，诱导拟南芥产生以避荫反应或耐荫反应为主的表型。通过比较这两种遮荫条件下植物的生理、形态、抗逆、对激素的应答等方面的变化，结合转录组分析和遗传筛选和分析，我们希望获得耐荫调控中关键组分，解析其作用机制，构建耐荫反应的调控网络。该研究结果不仅能帮助我们利用避荫作物自身的耐荫反应抑制不利于农业生产的避荫反应，还为研究耐荫植物的耐荫反应提供线索。

光是调节植物生长发育的重要环境因子。避荫植物在遮荫下会诱导以茎和叶柄的伸长为主的一系列形态和生理变化，统称为避荫反应，该反应虽然有利于植物自身的生存，但是对提高密植作物产量是不利的。耐荫植物在遮荫下不会诱导典型的避荫反应，而是产生一系列可能帮助植物应对遮荫胁迫的生理和形态变化。拟南芥虽然是典型的避荫植物，但是研究表明在拟南芥中存在负调控避荫反应的机制，我们称之为拟南芥的耐荫反应。有研究表明该反应与耐荫植物的反应存在相似之处。对该反应的研究将有助于我们利用避荫植物（包括大多数作物）自身的遮荫耐受性，调控避荫反应，提高产量。.在本申请中，我们通过设定不同的遮荫条件，诱导拟南芥产生以避荫反应或耐荫反应为主的表型，比较了这两种遮荫条件下植物的形态及对激素的应答等方面的变化，以及有耐荫缺陷的phyA突变体的表型。通过转录组和遗传筛选和分析，解析避荫反应和耐荫反应的异同，发掘耐荫调控中关键组分。首先，我们的研究确定了强遮荫对PHYA及下游COP1和PIF4的调控，以及COP1在耐荫反应中的重要作用。我们发现BR信号途径是PHYA对下胚轴生长调控的主要靶点，对BR合成基因的表达抑制是PHYA调控BR途径的方式之一。我们的研究结果也初步表明避荫反应和耐荫反应的调控机制之间既存在共同的信号传导组分，也存在差异调控。其次，我们在研究中发现耐荫反应中，PHYA对于不同组织的避荫反应的调控存在差异，暗示了后续的研究应当针对不同的组织特异性的表型展开，为今后精准调节遮荫对作物产量相关的性状的影响奠定基础。最后，我们通过本申请的研究发掘了多个新的避荫反应相关突变体，遗传学实验表明部分突变基因作用于PHYA下游，为深入研究遮荫对植物的调控提供了新的方向和材料。