LcERF1基因调控水培扦插不定根形成的分子机制及其在豆科作物无性繁殖中的应用

本研究针对植物扦插繁殖中不定根(AR)形成机制不明的关键问题，通过鉴定豆科牧草百脉根(Lotus corniculatus)的AP2/ERF转录因子LcERF1，揭示了其通过调控生长素信号通路促进AR形成的分子机制。研究人员采用系统发育分析、时空表达谱和转基因技术，发现LcERF1通过协同IBA和MeJA激素信号、抑制ABA敏感性，显著提升百脉根和拟南芥的AR数量与伸长，为豆科作物无性繁殖体系优化提供了新靶点。

　　

在现代农业体系中，植物无性繁殖技术因其能保持优良性状、缩短育种周期而备受关注。其中，扦插繁殖作为成本最低、操作最简便的技术路线，其成功关键取决于插条不定根(Adventitious Root, AR)的形成效率。然而，不同植物物种间存在显著的基因型依赖性差异，特别是豆科牧草等经济作物往往面临生根率低、成活周期长等技术瓶颈。这背后涉及复杂的激素调控网络，尤其是生长素(Auxin)与脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)等激素的协同或拮抗作用机制尚未完全阐明。

贵州大学的研究团队以典型豆科牧草百脉根(Lotus corniculatus)为研究对象，聚焦其茎节处易产生不定根的生物学特性，开展了AP2/ERF家族转录因子LcERF1的功能解析。这项发表于《Plant Science》的研究，首次系统揭示了该基因通过调控内源生长素梯度促进水培扦插生根的分子开关作用。

研究团队运用了多组学联合分析策略：通过生物信息学预测LcERF1蛋白的AP2保守结构域和激素响应顺式元件；采用qPCR技术绘制基因时空表达图谱；构建过表达载体进行百脉根同源转化和拟南芥异源表达；结合激素处理实验分析内源生长素含量变化。这些方法体系为解析转录因子调控AR形成的分子通路提供了完整技术路线。

在基因结构特征分析部分，研究显示LcERF1编码234个氨基酸的亲水性蛋白，含有典型AP2结构域和响应生长素、ABA、MeJA的顺式调控元件。系统发育分析将其归类于乙烯响应因子亚家族，与蒺藜苜蓿MtERF1同源性达81%，暗示其在豆科植物中功能保守。

分子特性研究发现，LcERF1在百脉根根和茎部优势表达，且在扦插后9-12天AR分化关键期出现表达峰值。这一时空特异性模式与形态学观察到的根原基发生阶段高度吻合，提示其可能参与AR起始调控。

功能验证实验获得突破性发现：过表达株系在百脉根和拟南芥中均表现出AR数量增加2.1-3.3倍、根长增长35-48%的表型。激素互作实验揭示LcERF1能放大吲哚-3-丁酸(IBA)和MeJA的促根效应，同时削弱ABA的抑制作用。更关键的是，生长素转运抑制剂TIBA处理可完全消除转基因植株的生根优势，证实该基因通过维持茎尖-根系的生长素极性运输梯度发挥作用。

讨论部分强调，LcERF1可能通过双重机制调控AR形成：一方面直接激活生长素合成基因(如YUCCA家族)表达；另一方面通过抑制ABA信号通路关键负调控因子，解除激素间的相互拮抗。该研究不仅为豆科牧草扦插育苗提供了分子标记，更开创性地提出通过编辑ERF转录因子优化作物根系构型(Root System Architecture)的新思路，对实现林木、药材等经济作物的高效克隆繁殖具有重要转化价值。