中国农业大学园艺学院郭仰东实验室揭示褪黑素通过受体依赖的信号转导途径促进植物不定根再生的新机制

近日，中国农业大学园艺学院郭仰东实验室在《先进科学》（ Advanced Science ）发表了题研究论文《植物褪黑素信号与茉莉酸在诱导不定根再生中的整合机制》（Integration of Phytomelatonin Signaling with Jasmonic Acid in Wound-induced Adventitious Root Regeneration）。不定根是由非根组织（如茎或枝条）产生的新根，损伤诱导离体器官再生不定根是园艺作物扦插生根的重要理论依据。研究揭示了褪黑素通过受体依赖的信号转导途径促进伤口处不定根再生，并阐明了其与茉莉酸的信号互作。这一发现为深入理解褪黑素功能以及园艺作物扦插繁殖提供了新理论基础。

研究发现褪黑素显著促进番茄幼苗受损后的不定根再生，主要通过增强根原基的形成实现。研究鉴定了番茄中的两个褪黑素受体，并通过基因编辑获得了单突和双突变体，发现突变体中外源褪黑素对不定根的促进作用被阻断，证明了这一过程依赖于受体介导的信号转导。

SlPMTR1/2作为褪黑素受体介导其对损伤诱导不定根的促进作用

茉莉酸作为经典的伤害诱导激素，在植物受损后迅速积累并激活下游信号。研究发现，茉莉酸通过其核心转录因子SlMYC2激活褪黑素受体基因SlPMTR1/2的表达，增强褪黑素信号的响应，从而协同调控不定根的再生。

SlMYC2直接靶向SlPMTR1/2增强褪黑素信号响应

为揭示褪黑素信号促进根再生的分子机制，研究人员对褪黑素处理前后的番茄野生型和受体突变体的受伤下胚轴进行了转录组测序，发现了调控不定根形成的LBD家族转录因子SlSBRL1。该基因在伤口处维管束表达，褪黑素可上调其表达。在受体双突变体中，表达SlSBRL1恢复了褪黑素对不定根再生的促进作用，证实了其在褪黑素促进不定根再生中的关键作用。

褪黑素通过SlPMTR1/2-SlGPA1-SlSBRL1信号级联调控不定根再生

褪黑素受体SlPMTR1/2通过与G蛋白α亚基SlGPA1互作，将信号传递至下游转录因子SlSBRL1。SlSBRL1不仅促进细胞壁相关基因表达，加速不定根形成，还通过正反馈增强自身的基因表达，放大褪黑素信号。

该研究揭示了褪黑素在伤害诱导不定根再生中的分子机制及其与茉莉酸的信号互作，为理解作物不定根再生及其激素作用提供新视角，并为通过外源褪黑素处理提高扦插繁殖成功率等农业生产中的大规模繁殖提供理论支持。

褪黑素与茉莉酸互作调控扦插枝条不定根再生的分子机制

中国农业大学园艺学院在读博士生刘颖为该论文第一作者，郭仰东教授和张娜副教授为该论文共同通讯作者，已毕业博士生王小云（现任职北京农学院）、硕士研究生荆世瑞等参与了该研究。中国科学院西双版纳热带植物园陈奇研究员、河南大学生命科学学院刘文成教授、中国农业大学园艺学院马男教授在课题研究中给予了指导和帮助。该研究受到国家自然科学基金、北京市产业技术体系和中国农业大学2115人才培育计划等项目的资助。