苗雨晨教授，贾昆鹏教授和云南大学姜凯教授合作发文揭示类胡萝卜素代谢产物调控植物体内生长素稳态的分子机制

类胡萝卜素属于植物体内一类关键的萜类光合色素，是捕光天线蛋白的重要构成部分，在植物光合作用里发挥着极为重要的作用。与此同时，类胡萝卜素在分子结构方面包含众多偶联双键，极其容易出现酶或者非酶催化的氧化剪切，从而生成脱辅基类胡萝卜素等具备生物活性的小分子物质。这些小分子涵盖植物激素独角金内酯、脱落酸以及近些年来鉴定出的zaxinone、anchorene等，在对植物生长发育以及逆境适应的调控方面具有重要意义(Jia et al., 2018; Ke et al., 2022)。Anchorene此前被认定是一种源自类胡萝卜素的双脱辅基类胡萝卜素，能够对拟南芥下胚轴与根连接处的锚定根形成进行调控。此过程和anchorene所调控的内源生长素稳态紧密相关，然而具体的分子机制尚不明确(Jia et al., 2019)。

生长素作为一种重要的植物激素，参与到植物生长发育的众多过程之中，尤其在植物根的发育进程里有着重要作用。在植物体内，生长素浓度梯度的构建以及稳态的保持是其发挥效用的重要形式，生长素稳态的维持主要借助三种方式达成：生长素合成途径、生长素极性运输以及生长素失活途径。生长素的合成通常主要经由TAA/YUC这一经典通路来实现，生长素极性运输依靠生长素运输蛋白PIN、LAX等得以完成。而生长素的失活途径涉及多个酶的参与，其中Ⅱ类GH3家族蛋白主要对IAA与氨基酸的偶联进行调控，属于生长素失活途径中的一类关键酶 (Chen et al., 2010; Hayashi et al., 2021; Zhao, 2010)。

近日，河南大学苗雨晨教授，贾昆鹏教授和云南大学姜凯教授课题组在Journal of Integrative Plant Biology期刊合作发表了题为“Anchorene, a Carotenoid-Derived Growth Regulator, Modulates Auxin Homeostasis by Suppressing GH3-Mediated Auxin Conjugation”的研究论文，揭示了类胡萝卜素代谢的小分子化合物anchorene通过直接抑制Ⅱ类GH3蛋白家族成员以促进生长素的积累从而调控植物根的发育。

该研究起初全方位对比了anchorene与不同生长素的生物活性，anchorene 能够诱导多种类似于生长素的表型，例如促进锚定根以及侧根的形成，抑制主根的生长，促进向重力性以及根毛生长等（图 1）。遗传学与药理学实验的结果显示，anchorene能够部分修复由生长素合成抑制剂KYN和PPBo以及生长素合成基因缺失五重突变体yucQ所导致的生长素缺乏表型，然而却无法修复KYN与PPBo共同处理后的生长素缺失表型。这暗示着anchorene的活性虽有所依赖，但并非直接作用于TAA/YUC 这一生长素的经典合成途径。Nalacin此前被认定为Ⅱ类 GH3蛋白的特异性抑制剂(Xie et al., 2022)。更进一步的实验表明，nalacin处理的材料以及Ⅱ类GH3八重缺失突变体Δ8gh3对于anchorene的处理均表现得不敏感。代谢物测定表明，anchorene的处理显著提升了拟南芥中IAA的水平，同时降低了IAA氨基酸偶联物IAA-Glu与IAA氧化产物OxIAA等和生长素失活相关产物的含量，体外结合及酶活实验表明anchorene能够直接结合并抑制Ⅱ类GH3蛋白GH3.17蛋白的活性（图 2）。此外，在体外施加anchorene还能够促进拟南芥离体叶片生根以及番茄不定根的形成，这暗示了anchorene活性在物种上的保守性以及在园艺应用方面的潜力。

图1.Anchorene具有多种生长素类似活性

河南大学已毕业硕士柯丹平、博士后李海鹏和西北农林科技大学谢银鹏教授为该论文的共同第一作者，河南大学贾昆鹏教授、苗雨晨教授及云南大学姜凯教授为改论文的共同通讯作者。本研究受到了国家自然科学基金面上项目，河南省优秀青年科学基金及三亚崖州湾“菁英人才”科技专项的资助。