生长素是调节植物生长发育的重要激素。生长素的原位合成、代谢、极性运输以及信号转导共同调控植物对环境信号和发育信号的响应。现有的证据表明，植物中生长素的从头合成存在色氨酸依赖和色氨酸不依赖两条途径。近年来对依赖于色氨酸生长素合成途径已有较为深入的认识，但是对于非依赖于色氨酸生长素合成途径的组成与调控机制了解甚少，而对其生物学意义的理解仍然是空白。

 

        中科院遗传发育所植物基因组学国家重点实验室李家洋课题组长期从事非依赖于色氨酸生长素合成途径的研究。该课题组前期研究表明，吲哚甘油磷酸（IGP）是色氨酸合成与非依赖于色氨酸生长素合成途径的分支点，拟南芥吲哚合酶（Indole Synthase, INS）是色氨酸合成α亚基（TSA）的同源蛋白，可能具有催化IGP合成吲哚的功能(Ouyang et al., Plant J, 24: 327, 2000)。为进一步探索INS的生物学功能，李家洋等对INS功能缺失突变体ins-1和ins-2以及TSA的一个弱等位突变体trp3-1进行了遗传分析，发现ins-1的胚胎发育异常，trp3-1的胚胎发育与野生型相似，而ins-1 trp3-1双突变体表现出完全的胚胎致死。INS蛋白在胚胎发育过程中具有时空特异性的表达模式，胚珠生长素含量测定以及对胚胎中生长素报告基因DR5-GFP表达特征的分析表明，非依赖于色氨酸生长素合成途径对于早期胚胎发育过程中顶-基部轴向的建立发挥重要作用。系统的遗传学、代谢物含量测定以及细胞学研究显示INS定位于细胞质中，参与非依赖于色氨酸生长素合成途径中从IGP生成吲哚的代谢反应，是非依赖于色氨酸生长素合成途径中第一个被鉴定的重要成员。

 

        这项研究成果解析了非依赖于色氨酸生长素合成途径的分子与生化机理，揭示了该途径在胚胎早期发育的重要作用。该研究是最近数年在生长素合成途径与调控机理研究领域中的突破性进展，对深入全面理解生长素合成途径及其调控植物生长发育的分子机制具有重要意义。该研究结果于2015年3月23日在PNAS上在线发表（doi: 10.1073/pnas.1503998112）。李家洋课题组的助理研究员王冰、国家植物基因研究中心（北京）植物激素平台的高级工程师褚金芳和王永红课题组的助理研究员于天英为该论文的共同第一作者。该研究得到自然科学基金委的资助。