IAA-GA的“土味情话”：比值可作为光照调控大豆生长的信号

景杰生物/报道

光是最重要的环境因素之一，因为它调节植物的光合同化和物质分配。在遮荫条件下，植株的高度、形态特征和物质分布均有变化趋势。因此，研究植株的生长和物质分配对光合强度和品质的响应机制在植物生长发育过程中起着非常重要而特殊的作用。

光照质量(R/Fr)和光合有效辐射(PAR)的降低对遮荫下植物的生长发育有很大的影响。四川农业大学杨峰课题组，运用TMT定量蛋白质组学，对遮荫条件下大豆的生长和物质分配对光合强度和品质的响应展开研究。研究表明赤霉素(GA)和吲哚-3-乙酸(IAA)介导植物的遮荫适应性反应。该发现发表在专业学术期刊Frontiers in Plant Science上，景杰生物为该研究提供了蛋白质组学技术服务。

研究对象：大豆组织样本

研究方法：TMT定量蛋白质组学

期刊：Frontiers in Plant Science

关键词：作物、生长、激素、间作、光照、形态、遮荫

1研究思路和成果

1、不同光照强度和质量对大豆生长影响

研究人员设置四种不同光照处理条件，分别为N、N+Fr(正常光、正常光加远红光)与L、L+Fr(弱光、弱光加远红光)分别表示正常光)，对大豆生长(苗高和生物量)，叶片生长(单位面积干重和叶重比LMF)、叶柄生长(叶柄长度和叶柄重比PMF)进行分析。

结果表明：降低PAR和降低R/Fr比对提高大豆幼苗株高和SMF同样重要，大豆叶片的生长主要受光照强度的调节，而光照质量(R/Fr比)主要影响叶柄的生长。

 图1 不同的光照强度和质量处理下的大豆幼苗的形态参数

2、不同光照处理下的量子产率

接下来，研究人员对上述4种光照处理下光合和叶绿素荧光特性的同化速率与光合光子量子通量密度的光响应作出测定。结果表明正常光下光系统Ⅱ(PSII)和光化学猝灭(NPQ)的量子产率显著高于弱光处理。正常光下，远红光Fr无显著性影响。相反弱光下，远红光Fr提高PSII和NPQ的量子产率。总之，降低R/Fr比(增加Fr光)可以提高PSII的光合同化速率和量子产量。

 图2 不同光照强度和质量处理下的量子产率

3、不同光照处理对IAA、GA1和GA4影响

研究者接下来对光照处理下大豆幼苗(叶片、茎和叶柄)的内源植物生长激素吲哚乙酸IAA、赤霉素GA1、GA4进行测定。结果表明降低PAR辐照度显著降低叶片内源吲哚乙酸水平，但显著提高内源赤霉素GA1水平。远红光对大豆叶片IAA、GA1水平无显著影响。此外，叶片、茎和叶柄中GA4的含量均低于GA1，甚至在不同处理下叶片和茎中GA4的含量都不能检测到。大豆茎顶节间IAA和GA1水平表现出相同的变化趋势。

总之，IAA/GA1比值在调节叶片IAA和GA1含量中起着重要作用。

 图3 不同光照强度下大豆生长素和赤霉素水平

4、不同光照处理下蛋白质组表达差异

最后，研究者通过景杰生物提供的TMT定量蛋白质组学技术服务，对不同光照处理下大豆茎和叶柄的蛋白质组进行了定量分析。结果共鉴定出10743个蛋白，对其中9349个蛋白质进行定量，并具体统计了在不同处理下茎和叶柄中表达上调和下调的蛋白数量。通过生物信息学分析，发现生长素抑制的超家族蛋白和GA调节蛋白，与吲哚乙酸IAA、赤霉素GAs的变化有关。

图4 不同光照处理下大豆茎和叶柄的蛋白分布

2小结

在本研究中，研究者对不同光照处理下的大豆幼苗生长、光合同化速率和量子产量、内源植物生长激素吲哚乙酸IAA和赤霉素GAs差异进行检测分析，结果表明大豆叶片的生长主要受光照强度的调节，而光照质量(R/Fr比)主要影响叶柄的生长，两者是通过影响内源植物生长激素吲哚乙酸IAA和赤霉素GAs的含量来实现的，IAA与GA1比值的动态变化及其与其他激素的相互作用是调节植物在不同光照强度下生长的信号。

最后通过对大豆茎和叶柄进行TMT定量蛋白质组学分析，筛选样本间的差异蛋白，发现生长素抑制的超家族蛋白和GA调节蛋白，与吲哚乙酸IAA、赤霉素GAs的变化有关。研究揭示了光合强度和品质的响应机制在植物生长发育的机制，为生物育种提供了数据支持。

参考文献

Yang, F., et al. (2018). Auxin-to-gibberellin ratio as a signal for light intensity and quality in regulating soybean growth and matter partitioning. Frontiers in Plant Science.

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