光照不僅為植物的光合作用提供能量，還可以作為環(huán)境信號(hào)觸發(fā)植物的一系列生理生化響應(yīng)過(guò)程。高等植物的根系十分復(fù)雜，除主根和側(cè)根外，大多數(shù)高等植物在地上部分會(huì)產(chǎn)生不同形式的不定根。與長(zhǎng)期生長(zhǎng)在地下的主根（或側(cè)根）不同，大多數(shù)不定根一直暴露在光照下。但是光照究竟是如何影響不定根的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的？其相關(guān)的分子機(jī)理一直不清楚。

中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員遲偉研究組以模式植物擬南芥為材料，對(duì)一種特殊形式不定根的生成機(jī)理進(jìn)行了深入研究。研究發(fā)現(xiàn)，在較低的光照條件下，擬南芥幾乎不產(chǎn)生任何形式的不定根。當(dāng)光照強(qiáng)度提高時(shí)，在擬南芥主根和胚軸的節(jié)點(diǎn)處會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的不定根（稱作J-不定根）。當(dāng)擬南芥的一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子ABI4突變后，擬南芥即使在較低的光照條件下仍然會(huì)產(chǎn)生大量J-不定根。這表明ABI4是J-不定根發(fā)生的負(fù)調(diào)控因子。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，ABI4蛋白的缺失促使活性氧分子特異地在節(jié)點(diǎn)位置的表皮細(xì)胞中大量累積，誘發(fā)了表皮細(xì)胞的細(xì)胞凋亡。這一過(guò)程會(huì)減弱根原基突破表皮細(xì)胞的機(jī)械阻力，促進(jìn)J-不定根的發(fā)生和生長(zhǎng)。

研究還發(fā)現(xiàn)，ABI4活性受絲裂原活化蛋白激酶MPK3/MPK6以及磷酸酶PP2C12的共同調(diào)控。MPK3/MPK6能夠直接磷酸化并激活A(yù)BI4，抑制J-不定根的發(fā)生。而PP2C12能夠去磷酸化ABI4并抑制其活性，促進(jìn)J-不定根的發(fā)生。同時(shí)為了維持ABI4的最大磷酸化效率，MPK3/MPK6還能夠直接磷酸化PP2C12并抑制其活性。在此基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)由ABI4，MPK3/MPK6和PP2C12蛋白組成的“雙保險(xiǎn)”機(jī)制來(lái)調(diào)控?cái)M南芥J-不定根的發(fā)生過(guò)程。通過(guò)該機(jī)制，高等植物能夠整合光、生長(zhǎng)素以及活性氧等多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑從而精細(xì)調(diào)控J-不定根的發(fā)生過(guò)程，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件。該研究結(jié)果也為作物根系的遺傳改良提供了理論借鑒意義。

該研究成果于6月11日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Molecular Plant。植物所博士研究生白澤晨為論文的第一作者，研究員遲偉為通訊作者。中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員汪迎春、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授盧從明、河南大學(xué)教授胡筑兵、教授張立新為合作研究者。該研究得到了國(guó)家轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)以及中科院先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助。