植物的頂端優(yōu)勢和側枝發(fā)育在植物形態(tài)建成中扮演重要角色，開花植物形態(tài)的多樣性主要取決于植物地上部側枝的數(shù)量、位置和形狀。除了影響高度、伸展度等形態(tài)指標，植物分枝還會影響營養(yǎng)器官的生長和生殖生長位點的產(chǎn)生，從而增加生物量和結實量，因此植物的分枝習性是一項重要的基礎研究。植物的側枝起源于葉軸的腋生分生組織（AM），在合適的條件下，植物側枝發(fā)育主要包括2個過程：腋生分生組織起始，在葉腋處分化形成側芽;腋芽伸長形成側枝。

植物的側枝發(fā)育受遺傳因子、環(huán)境因素、內源激素等多方面的調控。研究發(fā)現(xiàn)生長素和獨角金內酯負調控腋芽的生長，而細胞分裂素可促進腋芽的生長。另外，一些轉錄因子可以影響腋生分生組織的形成，從而影響植物側枝的形成，例如番茄中的LS、擬南芥中的LAS、水稻中的MOC1可調節(jié)腋生分生組織的起始;MYB轉錄因子LOF1、LOF2和HD-ZIPIII轉錄因子REVOLUTA會影響包括腋生分生組織起始在內的多個生長發(fā)育過程。雖然已鑒定到許多因素可調控植物側枝發(fā)育的不同階段，但是具體的分子調控機制還有待深入研究。

近日，知名期刊PLANT CELL在線發(fā)表了中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李云海團隊一篇題為“Control of Plant Branching by the CUC2/CUC3-DA1-UBP15”的研究論文，介紹了CUC2/CUC3-DA1-UBP15綜合調控擬南芥腋生分生組織起始，進而調控側枝發(fā)育的分子機制。

以往研究表明，在腋生分生組織起始階段的基因調控網(wǎng)絡中，CUC2和LAS位于調控網(wǎng)絡的中心位置。其中CUC2蛋白可直接與LAS的啟動子結合并激活其表達。DA1作為一種泛素依賴的蛋白酶，可以調節(jié)擬南芥的種子和器官大小。基于已有研究基礎，作者發(fā)現(xiàn)在將DA1及其同系物DAR1同時突變后，與野生型相比側枝數(shù)目減少，而過表達DA1增加了側枝數(shù)量，表明DA1及其同系物DAR1調控擬南芥?zhèn)戎Φ男纬?。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)da1-1突變體的葉腋未見分生組織，另外，作者通過檢測GUS活性來驗證腋生分生組織的標記基因STM的表達，發(fā)現(xiàn)da1-1突變體葉腋中心GUS活性降低，表明DA1參與調控腋生分生組織起始。

接下來，作者通過對已報到的一些調控腋生分生組織形成的關鍵轉錄因子與DA1共同突變進行功能分析，結果表明DA1與LAS存在功能冗余，與MYB類轉錄因子RAX1可協(xié)同發(fā)揮作用，而DA1在一定程度上與NAC類轉錄因子CUC2和CUC3共同作用，在營養(yǎng)生長期調節(jié)腋生分生組織的形成。然后，作者發(fā)現(xiàn)β-雌二醇處理CUC2和CUC3轉基因材料可誘導DA1的積累，而cuc2/3的單、雙突變體中DA1的表達降低，表明CUC2和CUC3可調控DA1的表達。為了進一步研究具體作用機制，作者用ChIP實驗證明CUC2和CUC3在體內可與DA1的啟動子區(qū)域互作，并用原核表達蛋白證明CUC2和CUC3可直接與DA1的啟動子結合，促進DA1的表達。

為了鑒定DA1在調控腋生分生組織形成中的下游組分，作者通過遺傳篩選分離出了da1-1在側枝形成中的抑制因子sdb1-1，同時突變sdb1-1與da1-1部分恢復了da1-1側枝減少的表型，說明sdb1-1突變抑制了da1-1在腋生分生組織起始階段的缺陷，該抑制因子是一種泛素特異性蛋白酶15（UBP15）。過表達UBP15導致了腋芽數(shù)量減少，抑制了腋生分生組織的形成，這些結果表明，UBP15在DA1的下游起著控制腋生分生組織起始的作用。

基于鑒定到的這些關鍵組分，作者分別利用DA1、CUC2/CUC3、UBP15的突變體材料通過雜交來探究它們之間的調節(jié)模式。結果表明ubp15-1分別抑制了cuc2-3和cuc3-105的腋生分生組織起始的缺陷，而ubp15-1、cuc3-105雙突變體在生殖發(fā)育過程中沒有表現(xiàn)出像cuc3-105單突變體一樣與主莖融合的分枝表型。這些現(xiàn)象說明UBP15可能與CUC2和CUC3在調節(jié)腋生分生組織發(fā)生中起著相同的作用。另外，作者還證明了UBP15基因可與LAS相互作用，部分影響了主莖與側枝邊界的形成。

綜上，該研究證明了調控腋生分生組織起始的轉錄因子CUC2和CUC3直接與DA1的啟動子結合并促進其表達，DA1作用于UBP15的上游影響腋生分生組織的形成，遺傳分析支持CUC2/CUC3、DA1和UBP15在調節(jié)腋生分生組織起始途徑中共同起作用，該研究建立了CUC2/CUC3-DA1-UBP15調控腋生分生組織并調控側枝形成的作用模式，為理解植物形態(tài)建成提供了重要的理論基礎。