陕西
植物茎尖分生组织是决定植物生长、发育、形态和产量的关键部位。G蛋白β亚基（Gβ）作为调控茎尖分生组织动态的重要因子，其具体作用机制长期不明。近日，浙江大学农业与生物技术学院师恺教授课题组在国际知名期刊ThePlant Cell上在线发表了题为The G protein β subunit SlGB1 regulates tyramine-derived phenolamide metabolism for shoot apex growth and development in tomato的研究论文，揭示了G蛋白β亚基（Gβ）SlGB1通过bHLH79/MYB10-THT5/8通路调控酚酰胺代谢，进而影响番茄茎尖生长发育的分子机制。
该研究发现，在双子叶植物番茄中，Gβ亚基纯合突变体（Slgb1-3, Slgb1-4）茎尖分生组织坏死，幼苗死亡的表型；而可存活的双等位基因突变系（Slgb1_d6i1, Slgb1_d6d1）则表现出茎尖形态建成异常，导致果实及种子变小，显著降低产量。这一现象在单子叶植物玉米和水稻中也有类似报道，但在双子叶模式植物拟南芥中未观察到。
通过多组学整合分析和液相色谱-质谱技术，研究团队发现Slgb1突变体中酪胺衍生的酚酰胺类物质显著上调，尤其是N-p-香豆酰酪胺（N-P-CT）和N-阿魏酰酪胺（N-FT）积累量激增，高达野生型的200倍。进一步研究发现，THT5和THT8是催化N-P-CT和N-FT合成的关键酶，其基因在Slgb1突变体中显著上调，且THT8的过表达导致茎尖死亡、植株矮小。值得注意的是，在番茄、玉米和水稻等Gβ突变体纯合致死的物种中均存在THT介导的酚酰胺代谢途径，而该途径在拟南芥中完全缺失，这揭示了物种间Gβ调控机制的显著差异。
进一步的蛋白互作及转录调控实验揭示，SlGB1作为WD40蛋白，在细胞膜和细胞质中与bHLH79互作，从而减弱了bHLH79与MYB10在细胞核中的互作，最终抑制THT5/8的表达及N-P-CT、N-FT等酚酰胺类物质的合成。研究发现，bHLH79与MYB10的过表达导致酚酰胺积累、茎尖坏死、植株矮小，而myb10纯合突变体则表现出酚酰胺含量减少、植株生长发育改善的表型。这一机制揭示了SlGB1通过细胞空间互作网络精准调控代谢通路，维持番茄茎尖生长发育稳态的关键作用。
此前，师恺课题组已发现G蛋白α亚基GPA1和β亚基SlGB1可感知光强、CO2浓度、温度等环境变化，传导葡萄糖信号以调控番茄对细菌性叶斑病及高温的抗性（Wang et al., New Phytologist, 2022; Wang et al., Plant Physiology, 2024）。在此基础上，该研究进一步揭示了Gβ亚基SlGB1通过酚酰胺代谢途径调控番茄茎尖生长发育的分子机制，揭示了物种间Gβ功能差异的遗传基础，为番茄等作物的株型优化提供了新靶点，在优化作物茎尖生长发育、提高产量方面具有重要的应用潜力。
浙江大学农学院的王娇博士后、罗倩博士生为该论文的共同第一作者，师恺教授为本文的通讯作者。研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江大学上海高等研究院繁星科学基金、中国博士后科学基金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plcell/koaf070
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