植物激素独脚金内酯（Strigolactones,SLs）是来源于类胡萝卜素的一种独脚金醇类化合物。独脚金内酯信号在植物生长发育调控和环境胁迫应答等方面发挥重要作用。其中，尤其是对植物分枝的调控。SLs信号的转导依赖于受体D14通过水解SLs而发生构象变化，从而招募F-box蛋白MAX2；或者具有开放C末端结构的MAX2可以结合并抑制已经结合了SLs的受体D14，直到底物结合之后重新激活。然后通过降解下游底物，触发SLs信号向下游传导。在植物分枝调控方面，目前已经报道的MAX2的底物有两个，分别是D53/D53-likeSMXLs和BES1。MAX2可以通过SL依赖的方式分别降解D53-likeSMXLs和BES1，从而抑制植物分枝。但是，D53-likeSMXLs和BES1是如何整合上游SL信号，传递信号至下游调控网络从而调控拟南芥分枝的机制一直未知。 SLs的另外一个调控植物生长发育的重要作用是，促进植物的次生生长。在拟南芥中，SLs的合成突变体及信号突变体max2-1具有形成层减少的表型。但是，MAX2的下游底物SMXLs家族中，D53-likeSMXL6/7/8过表达转基因植株以及其缺失突变体都表现为茎粗减少；而SMXL3/4/5缺失突变体其韧皮部的分化发育被抑制且不受SL信号调控。因此，SMXLs可能不参与SL信号对次生生长的发育调控。MAX2的另一底物BES1既促进木质部的分化，也促进韧皮部的分化。但是BES1是否直接调控维管束形成层的活性是未知的。BES1是否介导SL信号调控拟南芥次生生长的机制也是不清楚的。本文以拟南芥为实验材料，采用遗传学，生物化学以及分子生物学，细胞生物学，生物信息学等方法，研究SL信号通路对植物分枝和次生生长两个重要发育性状的调控机制。 为了研究SL信号通路对拟南芥分枝的调控机制，本文首先通过对Col-0，Atd14-1，MAX2:bes1-D-FLAG/Col-0，gSMXL7-D-GFP/Col-0，brc1植株基部小于3mm的莲座叶处的嫩芽进行转录组分析。对差异表达基因的分析结果显示在AtD14调控的差异表达基因中，被SMXL7共同调控的基因有超过一半也同时受BES1的调控。BRC1也是AtD14-SMXL7-BES1三者共同调控的差异表达基因之一。同时受D14和BRC1调控的差异基因中，有89%也受SMXL7或者BES1共同调控；其中33.3%受SMXL7和BES1共同调控。而这些AtD14-SMXL7-BES1三者共同调控的差异基因占了AtD14-SMXL7二者共同调控的差异基因的40.5%，说明BES1可能与D53-likeSMXLs协同调控BRC1等这些SL信号通路下游转录调控网络。因此，本文利用遗传分析以及BiFC、pull-down以及半体内pull-down等生物化学的方法，进一步研究了BES1与D53-likeSMXLs的关系。实验结果表明D53-SMXLs与磷酸化及非磷酸化的BES1均可以相互作用，并相互依赖地调控拟南芥分枝表型。然后，我们通过烟草LUC报告系统和双荧光报告系统、ChIP以及EMSA实验，进一步研究了BES1与D53-likeSMXLs协同作用于SL信号通路的机制。实验结果揭示了SMXLs-BES1转录复合体通过BES1直接结合BRC1的启动子，D53-likeSMXLs通过EARmotif招募TPLs蛋白，共同实现抑制BRC1转录；同时发现BES1的DNA结合能力与其磷酸化和非磷酸化状态无关。因此，本研究进一步完善了SL调控拟南芥分枝的分子机制。并且，BES1参与SL信号转导的方式，与其在BR信号中已报道的依赖磷酸化状态调控其亚细胞定位、蛋白稳定性和转录活性的作用方式不同。因此，本研究也揭示了在拟南芥中BES1如何区分SL和BR信号，进而响应不同信号通路调控不同的生长发育过程。 为了研究SL调控植物次生生长发育的机制，本文首先通过石蜡切片以及测量统计发现BES1-RNAi的形成层厚度增加，bes1-D突变体的形成层减少，这也说明了BES1能够抑制形成层细胞的分裂。通过遗传学和细胞生物学，我们发现SL信号通过BES1调控维管束形成层活性。由于维管束形成层的细胞分裂活性被由WOX4介导的TDIF信号通路调控，我们通过分子生化实验进一步检测了BES1是否调控WOX4的表达。实验结果证明BES1能够直接抑制WOX4的转录。遗传分析的结果也证明了WOX4是BES1以及SL信号通路调控形成层细胞的充分条件。然后，通过ChIP和EMSA实验，我们发现BES1调控WOX4转录是通过直接结合至WOX4的启动子并抑制其转录表达。因此，本研究揭示了SL调控拟南芥次生生长的分子机制；这一结果也解释了TDIF信号通路中两个平行的组分WOX4与BES1在调控形成层发育中的关系，证明了WOX4与BES1在形成层发育中的拮抗机制。并且，我们的研究结果也暗示了TDIF通过WOX4和BES1对形成层细胞分裂和分化两个方向的平衡机制，也可能是拟南芥整合各种不同的激素和环境因素平衡形成层的分裂和分化的一种方式。 本文以拟南芥为实验对象，研究了SLs对植物生长发育的分枝和次生生长调控的分子机制。植物的分枝是影响植物株型的重要因素，对研究植物株型的调控在作物的生长以及产量具有重要意义。同样，植物的维管束贯穿整个植物体，为植物提供水分、营养以及信号的运输系统，同时也为植株提供物理支撑作用，影响了植物生长发育的各个时期。而植物的次生生长通过平衡调控维管束形成层细胞的分裂以及向木质部和韧皮部的分化，严密调控维管束的运输以及物理支撑功能。因此，本研究为作物的育种以及实践提供了理论支撑。
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