植物生长时刻受到周围环境的影响，正确地对重力与光信号做出向性反应是植物顺利存活的重要保证。2020年4月21日，北京大学现代农学院与生命科学学院邓兴旺实验室陈浩东课题组在Cell Reports在线发表了题为The Asymmetric Expression of SAUR Genes Mediated by ARF7/19 Promotes the Gravitropism and Phototropism of Plant Hypocotyls的研究论文，揭示了Small Auxin Up RNA(SAUR)家族基因的不对称表达在植物向重力性与向光性中的作用机制，完善了植物向性调控中生长素下游的信号通路。
在植物向重力性与向光性生长的过程中，茎或根的弯曲生长均依赖于生长素的不对称分布。有趣的是，当植物的生长偏离竖直方向感受到重力刺激后，茎与根中的生长素都在下侧有更多积累，然而茎会逆重力向上生长，根却向重力向下生长。因此，向性生长中生长素下游的信号通路在植物不同器官中存在特异性，它们最终决定植物的器官向哪个方向弯曲生长，但是具体的分子机制很不清楚。
陈浩东课题组首先通过大豆的组学分析，鉴定到一组重力刺激后在大豆胚轴两侧不对称分布的SAUR基因。而后，分析获知它们在拟南芥中同源性最高的是SAUR19亚家族基因，并通过遗传学实验证实拟南芥中SAUR19亚家族基因的不对称表达对于植物向重力性与向光性均是必需的。进一步深入研究表明，SAUR19亚家族基因的不对称表达依赖于转录因子ARF7与ARF19的作用。总结起来，重力或光引起的生长素的不对称分布可通过转录因子ARF7与ARF19激活SAUR19亚家族基因的不对称表达，调控胚轴两侧细胞的不对称伸长，进而调控植物胚轴的负向重力性以及向光性生长（见下图）。
ARF7/19-SAUR19信号通路调控植物胚轴向重力性与向光性的分子机制
该课题组此前发现了光在子叶和胚轴中差异性调控一类SAUR基因的表达从而形成对这两者生长的相反调控 （Sun et al., 2016, PNAS; Dong et al., 2019, Plant Cell） 。这些工作共同阐明了SAUR 家族基因的器官或组织特异性表达在植物应对环境变化中发挥的关键作用。
该工作在北京大学现代农学院与生命科学学院完成，已出站博士后王笑一和于仁波为本文的共同第一作者，陈浩东副研究员为通讯作者。其他作者包括已毕业博士生汪加军、林泽川，在读博士生韩雪、邓兆国，以及范六民教授、何航副研究员和邓兴旺教授。该研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室以及北大-清华生命科学联合中心的资助。
论文链接：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)30429-0
陈浩东课题组研究领域
植物生长时刻受到周围环境的影响，地球环境中影响植物生长最重要的物理因子包括光和重力等。陈浩东课题组综合运用拟南芥与苔藓等研究体系，鉴定在光和重力信号感受或传递中发挥核心作用的因子并研究它们的工作机制，深入解析光和重力信号转导通路，为理解环境信号在植物生长发育中的作用以及改良相关农艺性状提供理论基础。
该课题组近期发表的主要论文如下：
1.Wang, X.,# Yu, R.,# Wang, J., Lin, Z., Deng, Z., He, H., Fan, L., Deng, X.W., and Chen, H.* (2020). The asymmetric expression of SAUR genes mediated by ARF7/19 promotes the gravitropism and phototropism of plant hypocotyls. Cell Rep31, 107529
2.Dong, J., Sun, N., Yang, J., Deng, Z., Lan, J., Qin, G., He, H., Deng, X.W., Irish V.F., Chen, H.,* and Wei, N.* (2019). TCP4 and PIF3 antagonistically regulate organ-specific light induction of SAUR16/50 to modulate cotyledon opening during de-etiolation in Arabidopsis. Plant Cell 31, 1155-1170.
3.Dong, J., Ni, W., Yu, R., Deng, X.W., Chen, H.,* and Wei, N. (2017). Light-dependent degradation of PIF3 by SCFEBF1/2 promotes a photomorphogenic response in Arabidopsis. Curr Biol 27,2420-2430.
4.Sun, N.,# Wang, J.,# Gao, Z., Dong, J., He, H., Terzaghi, W., Wei, N., Deng, X.W.,* and Chen, H.* (2016). Arabidopsis SAURs are critical for differential light regulation of the development of various organs. Proc Natl Acad Sci U S A 113, 6071-6076.
5.Li, K., Yu, R., Fan, L.M., Wei, N., Chen, H.,* and Deng, X.W.* (2016). DELLA-mediated PIF degradation contributes to coordination of light and gibberellin signalling in Arabidopsis. Nat Commun 7, 11868.
6.Li, K., Gao, Z., He, H., Terzaghi, W., Fan, L.M., Deng, X.W.,* and Chen, H.* (2015). Arabidopsis DET1 represses photomorphogenesis in part by negatively regulating DELLA protein abundance in darkness. Mol Plant8, 622-630.
7.Dong, J., Tang, D., Gao, Z., Yu, R., Li, K., He, H., Terzaghi, W., Deng, X.W., and Chen, H.* (2014). Arabidopsis DE-ETIOLATED1 represses photomorphogenesis by positively regulating phytochrome-interacting factors in the dark. Plant Cell26, 3630-3645.
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