AT-hook基因AHL26负调控拟南芥下胚轴生长与开花时间的分子机制研究

本研究针对拟南芥AT-hook基因家族功能冗余的难题，通过构建AHL26过表达和显性负突变体，结合转录组分析，揭示AHL26通过AT-hook基序依赖的光信号途径抑制下胚轴伸长，并通过调控FT、FLC等开花相关基因延迟开花。该研究为植物发育调控网络提供了新见解。

　　

在植物发育生物学领域，AT-hook基因家族因其独特的DNA结合能力和广泛的调控功能备受关注。拟南芥AHL基因家族包含29个成员，分为Clade A和Clade B两个进化分支，其成员通过保守的AT-hook基序（含R-G-R核心序列）结合AT-rich DNA区域，C端PPC/DUF296结构域介导蛋白互作。尽管已知部分AHL基因参与光形态建成和开花调控，但多数成员功能仍属未知，且家族内高度功能冗余使得传统敲除研究难以揭示单一基因功能。

华盛顿州立大学Michael M. Neff团队针对Clade A成员AHL26（AT4g12050）展开研究。前期研究表明，AHL29（SOB3）等家族成员通过显性负突变策略可克服冗余障碍，但AHL26的功能及其作用机制仍是空白。研究人员发现，AHL26在光下特异性表达于下胚轴和顶端分生组织，暗示其可能参与光依赖的发育调控。为解析其功能，团队构建了35S启动子驱动的AHL26过表达株系（AHL26OX）和AT-hook基序突变（R121H）的显性负突变体（AHL26DN），通过表型组学、组织定位和转录组学揭示了AHL26的双重调控作用。

研究采用Gateway克隆构建转基因株系，通过组织化学染色定位GUS活性，利用ImageJ量化下胚轴长度，在长日照（LD）、短日照（SD）和全日照（FD）条件下统计开花时间。RNA-Seq分析采用Illumina平台测序，通过DESeq2进行差异表达分析，GO和KEGG富集解析通路。

组织特异性表达模式
AHL26::GUS融合蛋白分析显示，光下幼苗中GUS活性集中于下胚轴和顶端分生组织，而黑暗条件下仅见于顶端和叶片，表明其表达具有光依赖性。成株期在叶片中高表达，与后期表型相符。

光依赖的下胚轴调控
AHL26OX株系在LD和SD下下胚轴较野生型（WT）缩短40%，而黑暗条件下无差异。显性负突变体AHL26DN则表现出下胚轴伸长（较WT增加35%），证实AHL26通过AT-hook基序依赖的途径抑制下胚轴生长，且该功能需光信号参与。这与AHL29通过抑制PIFs调控下胚轴的机制形成呼应。

开花时间调控网络
AHL26OX在所有光周期下均延迟开花（较WT多产生8-10片莲座叶），而AHL26DN提前开花。转录组分析揭示：AHL26OX中开花促进因子FT、TSF和生物钟基因LHY、CCA1表达下调，抑制因子FLC上调；AHL26DN则呈现相反趋势。GO分析显示AHL26OX显著抑制细胞分裂和AT-rich DNA结合相关通路，KEGG富集到昼夜节律和激素信号通路，说明其通过多层级网络整合环境与发育信号。

分子机制解析
AT-hook基序突变导致AHL26DN丧失DNA结合能力，解除对下游靶基因（如FT）的抑制。研究首次证实AHL26通过保守的R¹²¹残基发挥功能，其显性负效应提示与家族其他成员（如AHL29）存在协同调控。此外，AHL26OX特异性抑制核糖体生物发生通路，暗示其可能影响翻译调控。

该研究系统阐明了AHL26作为转录抑制因子调控植物发育的双重作用：在幼苗阶段通过光信号途径限制下胚轴伸长，在成株期整合生物钟和开花途径延迟生殖转变。显性负突变策略的成功应用为解析功能冗余基因家族提供了范式，而发现的AHL26-FT调控轴为作物花期改良提供了新靶点。论文发表于《BMC Plant Biology》，为植物AT-hook蛋白的进化保守性和功能多样性研究奠定了重要基础。