植物根系是由胚胎发生的主根以及胚后发生的侧根组成的。侧根的发育受植物生长内部信号以及外界多种环境信号的调控，而这些内外信号都是通过介导植物内源激素途径，进而影响侧根发育。生长素、乙烯和细胞分裂素是调控侧根发育最重要的3种激素。其中，生长素促进侧根形成，侧根原基的形成与侧根的发生都依赖于生长素的调控；而乙烯对侧根发育的作用表现为低浓度促进而高浓度抑制。 细胞分裂素抑制侧根的生长与发育。细胞分裂素受体识别细胞分裂素后，自磷酸化并向下传递磷酸信号，调控下游基因的表达，进而调节植物的生长发育。本研究通过构建番茄细胞分裂素受体SlHK4的过表达载体，遗传转化番茄品种‘Micro-Tom’，获得SlHK4转基因的纯合株系SlHK4；并以SlHK4和SlHK4的CRISPR/Cas纯合突变株系slhk4为对象，通过表型及显微观察、植物激素及抑制剂处理、荧光信号观察以及转录组分析等，系统研究SlHK4在番茄侧根发育中的功能。主要结果如下： （1）对突变及过表达株系的根系进行表型观察发现，与WT相比，slhk4的侧根密度显著减少了75.3%，SlHK4的显著升高了1.65倍。对各株系的根系进行显微观察发现，slhk4的侧根原基数目显著减少了84.4%，而SlHK4的显著增加了1.59倍。表明SlHK4在番茄侧根发育中起正调控作用，其功能很可能是番茄侧根起始所必需的。 （2）对WT、slhk4、SlHK4的地下部进行激素及抑制剂处理，观察侧根发育变化。WT与SlHK4株系的侧根密度在细胞分裂素处理下均显著下降，而slhk4无明显变化，表明slhk4根系对细胞分裂素的敏感性降低。生长素（NAA）和乙烯合成抑制剂AVG处理后，slhk4的侧根密度均有所增加，可恢复至WT的对照水平。生长素运输抑制剂NPA及乙烯合成前体ACC处理发现，SlHK4侧根密度下降的幅度显著大于WT。以上结果说明，SlHK4对侧根发育的调控可能与生长素及乙烯途径有关。 （3）将各株系与转基因植株W20（同时过表达细胞分裂素响应报告基因TCSn::GFP和生长素响应报告基因DR5v2::tdTomato）进行杂交，对各杂交F1代根系进行荧光观察发现：种子萌发3d，在根尖及侧根起始的中柱组织内，slhk4×W20中的细胞分裂素和生长素响应信号总体上略弱于WT×W20，而SlHK4×W20中的信号则均显著强于WT×W20，表明SlHK4的过表达显著上调了根系组织中内源细胞分裂素及生长素的信号转导。 （4）分析WT、slhk4以及SlHK4株系萌发3d的根系转录组测序数据，发现slhk4中，与侧根发育相关的细胞分裂及细胞壁重塑基因SlCycD3;3、SlLBD1、SlEXP1和SlPLs等均表现出下调趋势，表明SlHK4对侧根发育所需的细胞分裂至关重要；乙烯合成相关基因SlACSs、SlACOs等显著上调，响应相关基因多数下调，进一步支持乙烯可能参与抑制slhk4中的侧根发育。同时，SlHK4中，生长素早期响应基因AUX/IAAs、SlGH3s和SlSAURs，及生长素转运相关基因SlPIN3、SlPIN10和SlPILS1的表达量显著升高。qPCR检测结果与转录组数据一致，进一步支持SlHK4侧根增多与内源生长素的响应增强有关。 （5）酵母单杂交与双荧光素酶试验表明，番茄B类细胞分裂素响应调节因子SlRR-B19可以与生长素信号基因SlIAA19的启动子直接结合，并激活其表达，因此可能参与在细胞分裂素对生长素信号途径的调控中。 综上所述，本研究发现细胞分裂素受体SlHK4是番茄侧根起始所必需的正调控因子，并很可能通过影响生长素和乙烯途径调控番茄侧根发育。这一结果与细胞分裂素抑制侧根发育的经典理论不完全一致，为全面解析细胞分裂素在侧根发育中的调控作用及机制提供了新的见解，并为通过调控细胞分裂素信号通路及下游基因改良番茄品种提供理论依据。
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