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光敏色素互作因子PHYTOCHROME-INTERACTING FACTORs （PIFs） 是一类bHLH家族转录因子，在调控模式植物拟南芥光形态建成方面发挥关键作用。株高和分蘖是作物株型的重要决定因素之一，直接影响作物的产量。但在小麦中，关于PIF蛋白是否具有调控株型的功能还不清楚。

近日，来自中国农科院作科所和山东农科院水稻所的研究人员在New Phytologist在线发表了题为Transcription factors PILs directly interact with SPLs and repress tillering/branching in plants的研究论文，揭示了PILs转录因子在调控小麦和水稻株型的重要作用。

该研究发现，增加小麦TaPIL1基因表达可显著降低小麦分蘖数，而株高则明显增加；相反，过表达人工融合转录因子TaPIL1-SRDX可以显著增加小麦分蘖数，同时表现出矮化表型。深入研究发现，在过表达TaPIL1基因的植株中TaTB1基因的转录表达水平升高；而在TaPIL1-SRDX转基因小麦中TaTB1基因的转录表达受到抑制。进一步利用瞬时表达系统和ChIP-qPCR实验证明了TaPIL1能够在转录水平激活TaTB1的表达。以上结果揭示了TaPIL1可能通过激活TaTB1基因的转录表达实现对小麦株型的调控。在前期研究中，TaSPL3/17可以通过直接激活TaTB1的表达来抑制小麦分蘖。本研究发现TaPIL1可直接与TaSPL3/17互作，表明两类转录因子PILs与SPLs共同调控小麦的株型（图1） 。

图1 小麦TaPIL1基因调控小麦株型

为了研究水稻中的 PIF蛋白是否也具有调控株型的功能，研究人员创制了OsPIL11过表达转基因水稻及功能缺失突变体Ospil11。表型分析发现，过表达OsPIL11显著抑制水稻分蘖；相反，OsPIL11功能缺失后分蘖数显著增加。进一步分析这些转基因水稻中OsTB1的转录表达水平，发现 OsTB1在OsPIL11过表达株系中的转录水平显著增加，在Ospil11突变体中显著降低。此外，发现在OsTB1 启动区序列 （ATG前2 kb） 中存在多个PIL转录因子结合元件E-box （CANNTG） 。由此，推测 OsPIL11 可能通过激活OsTB1转录表达来抑制水稻分蘖。已有研究报道水稻理想株调控因子OsSPL14/IPA1通过直接激活 OsTB1表达来抑制分蘖。因此，研究人员利用LCI实验证明 OsPIL11 确实也可以与OsSPL14 存在物理互作。同样，与OsPIL11同源性较高的OsPIL12蛋白也表现出相似的调控分蘖的功能。这些遗传证据表明 OsPILs转录因子在调控水稻分蘖中也起着重要作用（图2） 。

图2 水稻OsPIL11基因调控小麦株型

综上所述，该研究发现PILs转录因子在调控小麦和水稻株型方面起着重要作用，同时揭示了这种调控功能在小麦和水稻中的保守性，丰富了对作物株型调控理论的认识，同时为作物遗传改良提供了重要理论依据和基因资源。

中国农科院作科所张立超副研究员和已毕业博士生何冠华（现任作科所助理研究员） 、山东农科院水稻所在读博士生李亚萍为该论文的共同第一作者，作科所孙加强研究员和孔秀英研究员、山东农科院水稻所谢先芝研究员为共同通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金重大项目 和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项 等资助。

全文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17872