基因与激素的博弈：rolA如何在植物细胞中赢得平衡？

“毛根”综合征由发根农杆菌的根诱导Ri质粒引发，该质粒含有的rol基因可促进植物生根，并对植物代谢和抗逆性产生影响。其中，rolA基因功能却尚不明确。此前研究发现，rolA基因可改变茜草长期培养愈伤组织的次生代谢产物，且rolA和rolB基因表达对ROS稳态有拮抗作用，但具体机制仍不清楚。

近期，俄罗斯科学院远东分院的研究团队在《Planta》期刊上发表了一项关于Agropine型rolA基因的研究成果。该研究揭示了rolA基因在Rubia cordifolia L.（茜草）细胞培养中通过生长素依赖的方式调节活性氧（ROS）平衡的机制。

研究内容

图 1 基于pRiA4质粒的rolA基因结构及检测到的替换的简化示意图

研究人员对长期培养的茜草rolA转基因愈伤组织进行研究。在分析rolA基因单核苷酸多态性（SNPs）时，借助图1（展示rolA基因结构及检测到的突变位点），研究人员发现，虽有突变存在，但对RolA蛋白关键氨基酸无影响，表明突变并非次生代谢变化的原因。

图 2 茜草新的rolA转化愈伤组织培养物的生成及比较分析

  在rolA基因启动子区域，研究人员识别出生长素介导转录因子的ACTTTA基序，推测rolA基因表达受生长素调控。为验证该假设，研究人员构建新的遗传转化体系，获得新的rolA转基因茜草细胞系。从图2可直观看到新的rolA转基因细胞系（RAN）和对照细胞系（R）的形态差异，且生长素显著促进rolA基因表达，长期培养的细胞系中，rolA基因表达量更高。

图 3 茜草对照及rolA转化愈伤组织中蒽醌的HPLC分析及含量比较

研究还发现，rolA基因转化的愈伤组织中蒽醌（AQ）含量显著增加。图3展示了不同细胞系的AQ色谱图，新获得的愈伤组织中AQ含量是对照组的2.4倍，长期培养的愈伤组织中AQ含量更是对照组的35倍。同时，rolA基因表达导致细胞内ROS水平显著降低，ROS生成基因和解毒基因表达下调，且生长素处理会增强这种效应。

基于上述结果，研究人员推测rolA基因表达可能通过影响生长素生物合成和代谢，进而影响AQ生物合成；rolA与rolB基因的拮抗作用可防止rolB诱导的生长素敏感性和氧化爆发，维持细胞状态平衡。不过，这些结论还需在完整植株水平进一步验证。

本研究不仅揭示了rolA基因在植物细胞中的新功能，还为理解rol基因在植物生长发育和次生代谢中的作用机制提供了新的视角。这些发现对于利用rol基因进行植物遗传改良和次生代谢产物的生物合成具有重要的指导意义。未来的研究将进一步探索rolA基因在完整植物中的功能，并深入研究其对生长素动态平衡的影响。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s00425-024-04597-7