《Plant Physiology and Biochemistry》：The MdARF7/19-MdBBM1 module mediates auxin signaling to regulate the formation of adventitious roots in self-rooted apple stocks
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本研究针对自根砧苹果不定根形成能力弱制约产业发展的瓶颈问题，揭示了生长素信号通路中MdARF7/19转录因子通过直接激活MdBBM1表达，并与MdRH53形成异源二聚体共同调控不定根形成的新机制。该发现为苹果砧木遗传改良提供了重要理论依据和关键靶基因。
在苹果产业高质量发展的道路上，自根砧木因其遗传稳定性好、结果早等优势成为高标准果园建设的首选。然而，这些砧木存在一个致命弱点——不定根（Adventitious Roots, ARs）数量稀少，如同大树缺少了强健的根基，严重制约了苹果产业的提质增效。不定根是植物茎部发生的非典型根系，对水分养分吸收和植株固定至关重要。面对这一产业难题，科学家们将目光投向了植物激素调控网络，特别是被誉为"植物生长调控核心"的生长素（Auxin）。
以往研究表明，生长素响应因子（Auxin Response Factors, ARFs）和BABY BOOM（BBM）转录因子在植物再生和根系发育中扮演关键角色，但它们在自根砧苹果不定根形成中的具体作用机制仍是未解之谜。更令人困惑的是，ARFs如何与下游靶基因协同调控，以及是否存在其他调控层参与这一过程，都有待深入探索。为了解决这些科学问题，山东省果树研究所的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》上发表了最新研究成果，系统揭示了MdARF7/19-MdBBM1模块调控不定根形成的分子机制。
研究人员主要采用了一系列分子生物学和遗传学技术手段：通过酵母单杂交（Y1H）和染色质免疫沉淀（ChIP）-PCR验证转录因子与靶基因启动子的直接结合；利用双分子荧光互补（Split-LUC）和酵母双杂交（Y2H）检测蛋白互作；通过双荧光素酶报告基因系统分析转录激活活性；结合转基因技术获得过表达株系进行功能验证；使用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析基因表达模式。实验材料包括两种生根能力差异显著的自根砧苹果品种'12-2'和'M9T337'。
3.1. MdARF7、MdARF19和MdBBM1在不同生根能力自根砧苹果不定根中的表达模式
研究人员发现，与生根能力较弱的'M9T337'相比，生根能力强的'12-2'砧木中MdARF7、MdARF19、MdBBM1及其下游靶基因MdFLP的表达量显著升高（2-4倍），且生长素（IAA）含量、不定根数量和长度也明显增加，表明这些基因响应生长素信号并在不定根形成中发挥重要作用。
3.2. 生长素响应基因响应生长素信号调控自根砧苹果生根
表达模式分析显示，MdARF7、MdARF19和MdBBM1在不定根中特异性高表达，且其表达量在扦插后8-20天的生根过程中逐渐上升。外源生长素NAA（萘乙酸）处理能诱导这些基因表达，证实它们参与生长素介导的不定根形成过程。
3.3. MdARF7和MdARF19直接调控MdBBM1转录
通过酵母单杂交实验发现，MdARF7和MdARF19能直接结合MdBBM1启动子区域的生长素响应元件AuxRE（GAGACA）。突变该元件后，结合作用消失，表明结合具有特异性。
3.4. MdARF7和MdARF19在体内触发MdBBM1转录活性
瞬时表达实验和双荧光素酶报告基因检测证实，MdARF7/19能显著激活MdBBM1启动子的转录活性。染色质免疫沉淀实验进一步验证，在植物体内MdARF7/19通过结合MdBBM1启动子的GAGACA motif调控其表达。
3.5. MdARF7和MdARF19决定自根砧苹果不定根形成
功能研究表明，过表达MdARF7或MdARF19的转基因株系不定根数量和长度显著增加，生长素含量略有上升，且下游基因MdBBM1和MdFLP表达上调，证明MdARF7/19通过调控下游靶基因促进不定根形成。
3.6. MdBBM1调控自根砧苹果不定根形成
MdBBM1过表达株系的不定根数量增加109.09%，生长素含量提高，表明MdBBM1是MdARF7/19下游的关键效应因子，介导生长素信号促进不定根形成。
3.7. MdRH53调控自根砧苹果不定根形成
酵母双杂交和Split-LUC实验证实MdARF7与RNA解旋酶MdRH53直接互作。过表达MdRH53也能促进不定根形成，提示MdARF7-MdRH53异源二聚体构成了不定根形成的另一调控层。
这项研究首次系统阐明了生长素-MdARF7/19-MdBBM1信号模块调控自根砧苹果不定根形成的分子通路。研究人员发现，生长素诱导表达的转录因子MdARF7和MdARF19通过直接结合MdBBM1启动子的GAGACA motif激活其转录，同时MdARF7与MdRH53形成蛋白互作复合体，共同调控不定根发育。该研究不仅揭示了ARF-BBM调控模块在木本植物根系发育中的保守功能，还发现了RNA解旋酶参与生长素信号通路的新机制，为苹果砧木遗传改良提供了重要靶基因和理论依据。通过调控这一信号通路，有望培育出根系发达、抗逆性强的苹果砧木新品种，推动苹果产业的高质量发展。
