PBJ｜腋芽觉醒！中国农科院烟草所王大伟课题组破解烟草腋芽生长密码

植物具有顶端优势，顶端优势 -腋芽生长存在相互制约和平衡；以 烟草 作为研究顶端优势与腋芽破休眠生长的 模式植物，有助于 破解 顶端优势 -腋芽生长发育过程的关键调控机制 。 近日，中国农业科学院烟草研究所王大伟课题组在Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了题为“A B3 domain transcription factor NtMAB1 regulates the release and outgrowth of axillary buds in tobacco”的研究论文 ，揭示了转录因子 NtMAB1 调控 烟草腋芽生长 的新机制。

该研究鉴定出烟草 腋芽生长 关键调控因子——NtMAB1-S1（一种B3结构域转录因子）。该基因在 腋 芽基部高表达，通过抑制下游基因 NtTPPF （海藻糖磷酸酶）和 NtGA2ox8 （赤霉素氧化酶），显著提升植物内源海藻糖-6-磷酸（Tre6P）和活性赤霉素（GA 1 /GA 4 ） 水平，从而激活 休眠 腋 芽 ，促进 腋 芽 释放 与持续生长 。

一、分枝调控：农业生产的“关键按钮”

植物 中 腋生分生组织发育形成 腋芽 ， 而后腋芽受遗传和环境等多种因素影响 转入休眠状态 。分枝由腋芽破休眠生长形成，其直接决定 作物 的 光能利用率和产量。 传统理论认为 腋芽休眠与 释放 受 “顶端优势”（生长素抑制 ） 因素 主导 ，但近年研究发现，糖信号（尤其是海藻糖-6-磷酸, Tre6P）才是 腋 芽 破休眠释放 的初始开关。团队揭示 了 烟草中 B3转录因子NtMAB1-S1 通过整合Tre6P与GA信号通路，成为 腋 芽 破休眠 生长的 上游 重要调控因子 。

二、基因猎人：从突变体到关键靶点

研究团队从 9 .5万个烟草 激活标签 突变体中筛出多分枝突变体 mab1-D （图1a）。 该突变体呈现顶端优势弱化的特征，在生长点存在的情况下，腋芽持续缓慢生长。 通过TAIL-PCR定位发现， 激活标签 插入导致 RAV亚家族 基因 成员 NtMAB1-S1 表达飙升35倍（图2c-f）。该基因在 野生型 的 腋 芽基部特异性高表达（图4g）， 且表达 量在打顶后3小时激增5.3倍（图4d），预示其与 腋 芽 的 激活 及生长调控 直接相关。

图1 野生型和突变体 植株不同生育期表型及腋芽长度定量分析

三、 遗传 验证：双向调控的“分子开关”

团队构建了 整套转基因遗传材料，包括 过表达（OE）、RNAi 沉默 （KD）、CRISPR敲除（KO）及 突变体 回补株系（ mKD ） 。遗传验证结果显示， 过表达 及 突变体 回补 株系： 过表达株系 腋 芽长度 显著增加 ，分枝 数显著 增加 （图5a-b） ； 突变体回补株系恢复至野生型表型 （图5 g - h ） 。RNAi 沉默 和 CRISPR敲除株系： 腋 芽生长 受到 严重抑制（图5 c -f）。

图5 野生型、突变体和转基因植株旺长期 腋芽/分枝长度的表型和定量分析

四 、 核心序列验证：多分枝发育的“核心开关”

NtMAB1-S1通过 B3抑制域（RLFGV基序） 发挥转录抑制作用（图6c），删除该 结构 域则丧失 促分枝功能（图6d-e）。 表明 NtMAB1-S1 通过转录抑制调控分枝发育。

图6 NtMAB1-S1 是一个转录抑制子

五 、双通路调控：糖激素网络的“交汇点”

RNA-seq分析发现， 激活标签 突变体 mab1-D 中 下调 差异基因为 1338个， 糖代谢相关差异基因 中 42.9%涉及Tre6P代谢、 激素相关差异基因中 25%涉及GA代谢（图7b）。 利用 NtMAB1 - S1 转基因遗传材料 进一步证明：

直接靶标：结合 NtTPPF （Tre6P磷酸酶）和 NtGA2ox8 （GA 氧化 酶）启动子的CACCTG 元件 （图8a-d） ；

代谢物累积：突变体 和过表达株系 中Tre6P、GA 1 、GA 4 含量 显著增加 （图7c-d） ； 沉默和敲除 株系中 Tre6P 、 GA 1 、 GA 4 含量显著降低。

信号传导：Tre6P启动 腋芽破休眠“释放” ， Tre6P 和 GA 继续 推动后续 腋芽 “伸长”（图9） 。

图9 NtMAB1-S1 在烟草腋芽破休眠 和生长中的作用模型

六 、意义

传统分枝 发育的腋芽生长阶段 研究集中于生长素-细胞分裂素 -独脚金内酯等激素互作 通路 。该研究 揭示：

✅ B3 转录因子直接调控 腋芽 生长

✅ Tre6P-GA双通路耦合 调控腋芽破休眠 释放 和持续生长

✅ B3抑制域是转录调控的核心功能模块

应用前景： 通过基因编辑 技术 创制 不同 株系， 为未来作物 理想 株型 精准 调控 和遗传改良 提供新靶点。

中国农业科学院烟草研究所特聘副研究员 薛璐瑶 、已毕业博士 夏菲 和已毕业硕士 宋文婷 为论文 共同 第一作者，烟草所副研究员 王大伟 、中科院植物所 助理研究员 姚学峰 、 研究员 刘春明 和山东农业大学 教授 李胜军 为论文 共同 通讯作者。 烟草所吴新 儒、金小珊、孙 亭亭 、代常波、刘贯山、孙玉合以及植物所 博士研究生 钟 群 参与了该工作。本 研究获得国家自然科学基金、山东省自然科学基金 、 中国农业科学院科技创新工程 和中国烟草基因组计划 项目的支持。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70313