1989年，化学生态学家Ian Baldwin发现，生长素的处理可以抑制抗虫生物碱尼古丁的累积。其后，研究人员发现，生长素处理可以抑制尼古丁生物合成酶基因的表达。而且，通过烟草打顶提高烟碱含量的农艺措施，被认为和生长素的“去抑制”有关。但是30多年来，生长素抑制尼古丁的机制一直是个谜。

　　中国科学院昆明植物研究所的植物次生代谢分子调控研究组以野生二倍体烟草—渐狭叶烟草为材料，系统研究了生长素抑制尼古丁的分子机制，揭开了这个长期未解之谜。

　　实验室前期发现，转录因子NaERF1-like是调控尼古丁生物合成的关键因子。其基因编辑后，尼古丁合成关键限速酶NaPMTs和NaQPT2等的表达均显著下调，尼古丁含量也随之减少。相反地，在稳定过表达植株中，尼古丁含量极显著地增加。蛋白凝胶阻滞、染色质免疫共沉淀和双荧光素酶报告等实验证明NaERF1-like通过直接结合在NaPMT1.1和NaQPT2启动子上的GCC-box基序，激活NaPMT1.1和NaQPT2的转录活性。

　　非常有意思的是，NaERF1-like的表达能被生长素极显著地抑制。这个结果表明，生长素极有可能通过抑制它的表达，并降低它对尼古丁合成酶基因的启动活性，来达到抑制尼古丁的目的。基于这个猜想，该团队以NaERF1-like为诱饵，通过酵母双杂筛库的方法筛选获得一个生长素反应因子NaARF5。

　　NaARF5与NaERF1-like在蛋白水平上相互作用，这个结果得到了酵母双杂交、GST pull-down、双分子荧光互补实验和荧光素酶蛋白互作实验等手段的支持。

　　NaARF5的表达受生长素的显著诱导，并在渐狭叶烟草根中高水平表达。CRISPR/Cas9敲除NaARF5可显著增加NaERF1-like和NaPMTs等尼古丁合成相关基因的表达，并使叶片中尼古丁含量增加1.6-2.5倍。但是，过表达NaARF5则显著抑制尼古丁合成相关基因表达及降低叶片尼古丁含量。

　　生长素处理后发现，尼古丁合成相关基因的表达及尼古丁的含量在NaARF5突变体材料中的表达显著高于WT，说明NaARF5参与生长素对尼古丁生物合成的抑制过程。

　　最后，研究结果表明NaARF5不直接抑制尼古丁合成酶基因的表达。NaARF5通过和NaERF1-like相互作用，削弱NaERF1-like对NaPMT1.1和NaQPT2的调控。Dual-LUC、EMSA和ChIP-qPCR的实验结果验证了这个猜想。

　　综上，NaERF1-like是渐狭叶烟草中调控尼古丁生物合成的关键因子，其表达被生长素显著抑制。NaARF5负调控尼古丁生物合成。NaARF5一方面通过抑制NaERF1-like的表达，另一方面和NaERF1-like蛋白相互作用削弱了NaERF1-like对NaPMT1.1和NaQPT2的转录活性， 从而参与生长素对尼古丁生物合成的抑制过程。该研究成果揭示了生长素抑制尼古丁合成的分子机制，为生长素抑制植物防御反应提供了新见解。

　　相关研究成果以Auxin-Induced Nicotine Inhibition Is Mediated by NaARF5 Through the Suppression of NaERF1-like Expression and Interaction With NaERF1-like in Nicotiana attenuata为题，在Plant Biotechnology Journal 上在线发表。中国科学院昆明植物研究所博士研究生杨米云为论文第一作者，佟阿慧为论文第二作者，吴劲松研究员和王蕾研究员为论文共同通讯作者。研究得到了云南基础研究重大计划(编号202401BC070015)等项目的支持。

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