拟南芥过氧化物酶AtPrx71通过调控生长素代谢抑制茎伸长与向重力性反应的新机制

本研究为解决植物生长素（IAA）降解途径的认知空白，通过功能分析发现拟南芥过氧化物酶AtPrx71具有IAA氧化酶活性。实验表明AtPrx71通过降解IAA抑制茎部伸长并延缓向重力性响应，其功能与杨树CWPO-C高度保守。该研究揭示了Prx介导的IAA代谢新通路，为维管植物生长调控机制提供了新视角。

　　

植物生长素吲哚-3-乙酸（IAA）的代谢调控是植物发育研究的核心课题。虽然已知DAO（双加氧酶）、GH3（Gretchen Hagen 3）等酶参与IAA失活过程，但过氧化物酶（Prx）是否普遍参与IAA降解仍存在争议。早在20年前就有研究提示植物Prx可能具有IAA氧化酶活性，但除西葫芦CpPrx01外缺乏直接证据。杨树细胞壁结合过氧化物酶CWPO-C因其特殊的底物广谱性（既能催化木质素单体聚合又能降解IAA）引起关注，而拟南芥中与其序列相似度达68%的AtPrx71是否具有同等功能成为关键科学问题。

研究人员通过启动子驱动GUS报告基因、基因敲除（atprx71）和过表达（35S::AtPrx71）转基因株系构建，结合实时荧光定量PCR、液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）和重力响应时序分析等技术，系统研究了AtPrx71的表达模式及其对IAA代谢、茎部发育和向重力性的调控作用。实验使用拟南芥哥伦比亚生态型（Col-0）为背景，通过农杆菌介导的 floral dip 法获得转基因植株。

AtPrx71表达模式与CWPO-C高度相似

通过P_AtPrx71::GUS和P_CWPO-C::GUS染色发现，AtPrx71在幼嫩组织中高表达：2天苗期的气孔和根（除根尖分生组织外）、3.5周龄植株茎上部3cm区域、6周龄植株花柱等部位均呈现强烈染色。与DR5::GUS（ auxin响应启动子）染色对比发现，AtPrx71高表达区域与IAA积累部位高度重合，提示其可能参与IAA原位降解。

AtPrx71抑制茎伸长并调节IAA敏感性

atprx71突变体茎伸长比野生型（WT）提前2-3天，4.5周时茎长显著增加3.5cm；而过表达株系（35S::AtPrx71-1,2,6）茎长仅为WT的64-74%。外源IAA处理实验显示：0.01% IAA促进WT和atprx71茎伸长，0.1% IAA则抑制生长；但过表达株系对0.01% IAA无响应，0.1% IAA反而促进伸长13-22%，表明AtPrx71通过降解IAA维持最适浓度。

AtPrx71直接调控IAA积累

LC-MS/MS定量分析表明：atprx71茎尖IAA含量（106 ng g^-1 FW）为WT（46 ng g^-1 FW）的2.3倍，而过表达株系（26 ng g^-1 FW）仅为WT的55%，证实AtPrx71以IAA为直接底物进行降解。

重力响应受AtPrx71-IAA通路调控

在水平放置实验中，atprx71完成90°弯曲仅需93分钟（WT需217分钟），而过表达株系需427分钟。外源IAA处理加剧表型差异：0.1% IAA使atprx71完全丧失向重力性，而WT和过表达株系仍保持浓度依赖性响应，证明IAA浓度阈值是重力响应的关键决定因素。

AtPrx71不影响细胞壁木质化

尽管AtPrx71与CWPO-C均具有木质素单体氧化活性，但6周龄植株茎基部木质素含量无显著差异。甲苯胺蓝和Wiesner（间苯三酚-HCl）染色显示，atprx71的木质化面积反而增加，说明其加速的茎伸长伴随细胞壁成熟进程加快，而非直接参与木质素聚合。

本研究证实AtPrx71通过降解IAA负调控茎部伸长和向重力性响应，其功能与杨树CWPO-C具有进化保守性。序列分析显示所有双子叶植物均存在氨基酸同一性＞65%的同源Prx（如百脉根Lj6g001953、番茄Solyc01g105070），而单子叶植物同源性较低（水稻Os01g07770为61%），表明该机制在维管植物中广泛存在。该发现不仅完善了IAA代谢网络，为作物株型改良提供新靶点，更重新定义了过氧化物酶在植物发育中的生物学意义——不仅是细胞壁构建酶，更是生长调控的关键参与者。研究结果发表于《Planta》（2025年262卷108页），为植物激素调控领域提供了突破性视角。