该研究由Jiajun Wang、Dan Jin、Zhaoguo Deng等多位作者共同完成，主要来自北京大学、西南大学等研究机构，发表于2025年2月的《Nature Plants》期刊上。研究聚焦于植物激素生长素（auxin）在光与黑暗条件下对下胚轴（hypocotyl）生长的双相效应（biphasic effect），揭示了细胞壁外质体（apoplast）pH值在这一过程中的关键作用。
生长素是调控植物伸长生长的核心激素，但其作用机制复杂。低浓度的生长素通常促进下胚轴伸长，而高浓度则抑制伸长。此外，光照条件也会显著影响生长素的作用：在光照下，生长素通常促进下胚轴伸长，而在黑暗中则抑制伸长。这种剂量依赖性和光照依赖性的双相效应长期以来未能得到明确解释。研究团队旨在揭示生长素通过调控外质体pH值影响下胚轴生长的分子机制，特别是外质体酸化（apoplastic acidification）在生长素双相效应中的作用。
研究分为多个步骤，包括实验设计、转录组分析、pH值测量、基因编辑和功能验证等。
实验设计与初步观察
研究团队首先在不同浓度的生长素类似物（如NAA、IAA、Picloram）和光照条件下培养拟南芥（Arabidopsis）幼苗，观察下胚轴伸长情况。结果显示，生长素在黑暗条件下抑制下胚轴伸长，而在光照下促进伸长。此外，生长素的作用不仅取决于浓度，还与其作用时间密切相关。
转录组分析
为了探究生长素剂量和光照条件对下胚轴转录组的影响，研究团队对黑暗和光照条件下生长的拟南芥下胚轴进行了RNA测序（RNA-seq）。结果表明，生长素诱导的转录组变化在黑暗和光照条件下基本一致，但光照条件下某些SAUR基因（Small Auxin-Up RNAs）的表达显著降低。SAUR基因家族在调控细胞扩展和下胚轴伸长中起重要作用。
pH值测量
研究团队利用pH敏感染料HPTS（8-hydroxypyrene-1,3,6-trisulfonic acid trisodium salt）和apo-phusion标记线，测量了外质体pH值的变化。结果显示，生长素处理导致外质体pH值显著降低，且这种酸化作用在黑暗条件下更为明显。此外，高浓度的生长素会导致外质体过度酸化，从而抑制下胚轴伸长。
基因编辑与功能验证
为了验证SAUR基因在生长素双相效应中的作用，研究团队利用CRISPR/Cas9技术构建了多个SAUR基因的突变体。这些突变体在黑暗条件下表现出下胚轴缩短的表型，且对生长素的抑制作用减弱。此外，过表达SAUR基因的转基因植株在光照条件下表现出下胚轴伸长的表型，但过高的SAUR表达则抑制伸长。
质子泵活性与细胞扩展
研究团队进一步探究了质膜H+-ATP酶（PM H+-ATPase）在生长素诱导的细胞扩展中的作用。结果显示，生长素通过激活PM H+-ATP酶导致外质体酸化，从而促进细胞扩展。然而，过度的PM H+-ATP酶活性会导致外质体过度酸化，抑制细胞扩展。
生长素剂量与光照依赖性
研究发现，生长素对下胚轴伸长的影响具有剂量和光照依赖性。低浓度生长素促进伸长，而高浓度则抑制伸长；光照条件下生长素通常促进伸长，而黑暗条件下则抑制伸长。
外质体pH值的关键作用
研究揭示了外质体pH值在生长素双相效应中的核心作用。生长素通过激活PM H+-ATP酶导致外质体酸化，从而促进细胞扩展。然而，当外质体pH值低于某一阈值时，过度酸化会抑制细胞扩展。
SAUR基因的功能验证
SAUR基因在调控细胞扩展和下胚轴伸长中起重要作用。突变SAUR基因的植株在黑暗条件下表现出下胚轴缩短的表型，且对生长素的抑制作用减弱。过表达SAUR基因的植株在光照条件下表现出下胚轴伸长的表型，但过高的SAUR表达则抑制伸长。
该研究首次揭示了外质体pH值在生长素双相效应中的关键作用，阐明了生长素通过调控SAUR-PP2C.D-PM H+-ATPase通路影响下胚轴伸长的分子机制。这一发现不仅深化了我们对生长素作用机制的理解，还为植物生长调控提供了新的理论依据。此外，研究还揭示了光照与生长素在外质体pH值调控中的拮抗作用，为植物适应不同光照条件提供了新的视角。
外质体pH值的核心作用
研究首次明确了外质体pH值在生长素双相效应中的关键作用，揭示了生长素通过调控外质体pH值影响下胚轴伸长的分子机制。
SAUR基因的功能验证
通过基因编辑和功能验证，研究证实了SAUR基因在调控细胞扩展和下胚轴伸长中的重要作用。
光照与生长素的拮抗作用
研究揭示了光照与生长素在外质体pH值调控中的拮抗作用，为植物适应不同光照条件提供了新的理论依据。
研究还提出，过度激活生长素信号通路可能导致外质体过度酸化，从而抑制细胞扩展。这一发现为理解生长素在植物生长中的双重作用提供了新的视角，并为未来研究生长素信号通路的调控机制提供了重要线索。