一种新的生长素适应机制：上调生长素受体 TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1 的表达，使得细胞增殖能够独立于外部生长素的存在而进行

《New Phytologist》：A novel mechanism of auxin habituation: upregulation of auxin receptor TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1 allows cell proliferation independent of external auxin

本研究通过代谢组学、转录组学和基因组测序，揭示了两种独立诱导的烟草细胞系BY-2H和VBI-2的auxin自主机制差异。BY-2H因TIR1受体基因的基因组扩增（达8000倍覆盖率）显著增强auxin信号感知，而VBI-2则通过表观遗传调控（如MADS转录因子基因上调）实现自主增殖。该发现为植物细胞培养中减少外源 auxin 依赖提供了新策略，并证实auxin自主性存在多种分子机制。

　　
该研究聚焦于植物细胞线中 auxin autonomy（ auxin 自主性）的分子机制，通过对比两种独立诱导的烟草细胞系 BY-2H 和 VBI-2 与其依赖外源 auxin 的对照组 BY-2 和 VBI-0，揭示了 auxin 自主性形成的两种不同机制。研究结合代谢组学、转录组分析和基因组测序，系统解析了 auxin 信号通路、代谢通路及基因组结构变异在细胞自主增殖中的作用。

### 一、研究背景与核心问题
植物细胞培养中，外源 auxin（如 2,4-D）是维持细胞增殖的关键因子。然而，部分细胞系（如 BY-2H 和 VBI-2）在移除 auxin 后仍能增殖，这种现象称为 auxin autonomy。这一能力在植物生物技术应用中具有重要意义，例如减少对有害合成 auxin 的依赖。但 auxin 自主性的具体分子机制尚未明确，尤其不同细胞系间是否存在差异机制仍不清晰。

### 二、实验设计与方法创新
研究采用多组学整合分析策略：
1. **代谢组学**：通过 LC-MS 检测 auxin 及其代谢物（如 IAA、oxIAA-GE）水平，发现 BY-2H 细胞中 auxin 代谢物总量是 BY-2 的 4.5 倍，而 VBI-2 则显著低于 VBI-0，提示两者代谢调控机制不同。
2. **转录组学**：RNA-seq 分析显示，BY-2H 和 VBI-2 的差异表达基因（DEGs）比例达 11,446 和 11,311，但重叠基因仅 625 个，表明其 auxin 自主性源于不同调控网络。
3. **基因组学**：针对 BY-2H 的全基因组测序发现，其 TIR1 基因区域发生 massive amplification（基因拷贝数增加 230 倍），而 VBI-2 则表现为 MADS 域转录因子（如 APETALA3）的上调及 PRC2 复合体组分 EMF2 的显著下调。

### 三、关键发现与机制解析
#### （一）BY-2H 细胞：TIR1 受体基因扩增驱动 auxin 自主性
1. **基因拷贝数分析**：通过 qPCR 和基因组测序发现，BY-2H 中 TIR1 基因（NtTIR1T）拷贝数显著扩增（倍数达 230），且扩增区域覆盖 142 kbp 的基因组片段。序列比对显示扩增区域不含编码序列变异，表明扩增是选择性压力下的表观遗传或基因拷贝数变异（CNV）事件。
2. **功能验证**：在 BY-2 细胞中过表达 TIR1 基因（构建 XVE::NtTIR1T 系统），发现诱导后细胞在 auxin-free 条件下增殖能力与外源 auxin 存在时相当，且未检测到游离 IAA 水平变化，证明 TIR1 过表达直接增强 auxin 信号感知能力，而非通过调节代谢水平。

#### （二）VBI-2 细胞：MADS 域转录因子与 PRC2 复合体的协同调控
1. **转录因子表达差异**：VBI-2 中 APETALA3、SEPPALLATA3 等 MADS 域转录因子显著上调，而其负调控因子 EMF2（ vegetative type PRC2 的组分）表达下调。这种变化可能通过表观遗传修饰（如 DNA 甲基化或组蛋白修饰）实现。
2. **代谢补偿机制**：尽管 VBI-2 细胞的 auxin 代谢物总量低于 VBI-0，但其 auxin 受体复合物（如 AFB1/AFB5）的非经典信号通路（如 cAMP 信号）可能被激活，从而补偿外源 auxin 的缺失。

#### （三）两种 auxin 自主性机制的对比
| 细胞系 | 机制核心 | 关键分子 | 调控方式 | 可逆性 |
|--------|----------|----------|----------|--------|
| BY-2H | TIR1 基因扩增 | NtTIR1T | 基因拷贝数变异（CNV） | 不可逆（需持续诱导） |
| VBI-2 | MADS 域转录因子活化 | AP3、SEP3 | 表观遗传调控 | 可能可逆（依赖环境） |

### 四、生物技术应用潜力
1. **基因扩增技术的工程化应用**：通过人工诱导 TIR1 基因扩增，可设计 auxin-自主性细胞系，避免使用 2,4-D 等有害 auxin，适用于无土栽培和生物反应器生产。
2. **表观遗传调控的优化**：针对 VBI-2 中 PRC2 复合体的调控，开发表观遗传修饰技术（如 CRISPR-Cas9 诱导 EMF2 下调），为 auxin 自主性提供新调控靶点。
3. **代谢补偿策略**：通过增强 auxin 代谢物（如 oxIAA-GE）的合成，可能实现 auxin 自主性的代谢替代方案。

### 五、研究局限性及未来方向
1. **基因扩增的稳定性问题**：BY-2H 中 TIR1 基因扩增是否具有遗传稳定性需进一步验证，尤其是在传代培养中。
2. **表观遗传调控机制不明**：VBI-2 中 MADS 域转录因子的激活机制（如 DNA 甲基化、组蛋白乙酰化）需结合 ChIP-seq 和 ATAC-seq 等技术深入解析。
3. **多信号通路的交互作用**：TIR1 基因扩增可能通过 cAMP 信号通路影响非典型 auxin 信号（如与 ROS 信号交叉），需开展多组学联合分析。

### 六、结论
本研究首次系统揭示了两种烟草细胞系通过完全不同的分子机制实现 auxin 自主性：BY-2H 通过 TIR1 基因拷贝数扩增增强信号感知，而 VBI-2 通过 MADS 域转录因子激活和 PRC2 复合体解耦实现 auxin 信号旁路。这一发现不仅深化了对 auxin 信号网络的理解，更为生物技术中安全、高效的植物细胞培养提供了新策略。后续研究可聚焦于基因扩增的遗传稳定性、表观遗传调控的分子靶点以及多信号通路的协同作用机制。