
作物产量主要取决于收获器官的大小, 揭示其调控机制是提升作物产量的关键。近日, 华中农业大学油菜团队联合崖州湾国家实验室在JIPB发表了题为“12-hydroxylauric acid, a novel growth regulator, promotes plant organ development”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70243), 该研究首次揭示12-羟基月桂酸 (12-HOLA) 作为BnaA09.CYP78A9的催化产物, 是一种潜在的新型植物内源生长调节物, 可显著促进油菜、大豆、番茄和黄瓜等多种作物的果实和种子发育, 展现出广阔的应用前景。
团队前期研究表明, CACTA-like转座子插入可显著上调BnaA09.CYP78A9基因表达, 促进油菜角果伸长和籽粒增大。该研究进一步揭示, BnaA09.CYP78A9可将月桂酸转化为12-羟基月桂酸, 在长角果油菜品种中, 12-HOLA的积累量是短角果品种的5倍以上, 表明12-HOLA与器官增大密切相关 (图1)。

基于这一发现, 研究团队假设并验证了12-HOLA的生物学功能。在2022至2025年间, 团队在湖北武汉、荆州以及海南三亚等多个试验点, 对油菜、大豆、黄瓜和番茄开展了系统的田间喷施试验。结果显示, 喷施60 ppm 12-HOLA后: 油菜产量在不同品种和地点增产7.91%–30.82%; 大豆增产30.14%; 黄瓜增产24.37%, 果实鲜重增加20.64%; 番茄果实鲜重增加11.92%。以上结果表明, 12-羟基月桂酸具有广谱促进生长的活性, 在多种作物的增产增效中具有重要应用潜力 (图2)。

图2 12-HOLA田间喷施处理促进多种作物产量提高
为了探究其分子机制, 研究团队通过转录组学和生理生化分析发现, 12-HOLA能迅速激活植物体内的生长素响应网络, 上调YUC、PIN、EXPA等生长素合成、运输及信号传导相关基因的表达, 促进细胞伸长。同时, 12-HOLA还显著增强了油菜角果的碳代谢活性, 为种子发育提供了更充足的物质和能量 (图3)。

图3 12-HOLA促进油菜角果伸长的机制
综上, 该研究不仅揭示了BnaA09.CYP78A9催化合成12-HOLA调控器官发育的分子机制, 还首次提出12-HOLA作为一种天然、绿色植物生长调节物质的应用前景。同时为作物高产育种和精准调控提供了新策略, 也为开发新型植物生长调节剂奠定了重要基础。
崖州湾国家实验室博士后彭妍和华中农业大学/崖州湾国家实验室博士研究生张蒙玲为共同第一作者, 华中农业大学/崖州湾国家实验室郭亮教授、华中农业大学刘克德教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家杰出青年科学基金、武汉知识创新工程-基础研究、崖州湾国家实验室基础研究项目和中央高校基础研究基金的资助。
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