生物的生长发育离不开细胞的伸长与扩张，但这一过程必须被精确调控。细胞过度伸长和扩张，不仅可能破坏细胞壁完整性，还会影响植物后期的健康，尤其是生殖发育。近日，我院付爱根教授领衔的植物分子生物学团队在植物发育调控领域取得重要突破，研究成果以“The bHLH transcription factor IBL1 finetunes growth and development via restraining cell elongation/expansion in Arabidopsis ”为题，发表于植物学领域国际权威期刊《Plant Physiology》（中科院一区TOP期刊，5-year IF: 7.7）。该研究揭示了一个此前未被充分认识的bHLH转录因子IBL1（IBH1-LIKE 1），在调控细胞伸长/扩展中扮演着“刹车”角色，在植物生长发育、尤其是雌雄蕊协调发育中起着至关重要的作用。
bHLH家族通过构建多维信号整合网络，在植物生长发育（如细胞伸长、根毛分化、光形态建成）和环境适应性（如激素响应、非生物胁迫）中发挥枢纽作用。IBL1在先前被确认为BR信号通路和细胞伸长的负调控因子，但其生物学功能的认知仍存在显著局限，比如其在生殖发育（如花器官形态发生）中的功能几乎完全未知，且IBL1的分子作用机制远未清晰，这些知识空白限制了我们对IBL1功能的全面理解。
研究团队发现IBL1对细胞伸长/扩展的负调控贯穿植物的整个生命周期。在营养生长时期，ibl1突变体的根长比野生型增加14.1%，下胚轴在暗处伸长30.4%，真叶面积增大56.6%，而OEIBL1则呈现相反表型，根长缩短42.6%，下胚轴缩短60.4%（图一）。
图一 IBL1调控幼苗的生长发育
在生殖生长时期ibl1突变体花柱（雌蕊）显著伸长，而雄蕊长度正常（图二），导致雌雄蕊高度不匹配，自然授粉受阻，果实中出现空座现象，种子虽变大但结实率下降（图三）。过表达植株则雌蕊和雄蕊均缩短，授粉同样受限。
图二 IBL1调控雌蕊发育
图三 IBL1调控雌蕊发育
由于IBL1不具有典型的DNA结合结构域，推测IBL1通过和其他转录因子互作来调控下游基因表达。通过酵母双杂交和BiFC手段，发现IBL1和其他两类bHLH转录因子互作，一类为具有DNA结合活性的HBI1/CIL2，另一类为同样不具有DNA结合活性的PRE5。通过体外pull-down、EMSA和双荧光素酶实验发现IBL1通过形成“三拮抗系统”发挥作用：IBL1与DNA结合型激活因子HBI1/CIL2相互作用，抑制其对靶基因的转录激活；而另一个非DNA结合型bHLH蛋白PRE5则可解除IBL1的抑制效应，形成PRE5-IBL1-HBI1/CIL2的三重调控模块，该模块能够精准调控细胞伸长/扩张相关基因（如EXPA8和EXPA11）的表达（图四）。
图四 PRE5-IBL1-HBI1/CIL2模块通过动态复合体组装机制精细调控细胞伸长基因表达。
IBL1及其同源蛋白仅存在于被子植物中，暗示其可能参与了被子植物特有生殖结构（比如）的精细调控，是植物演化中对生殖效率优化的重要适应
IBL1及其同源蛋白仅存在于被子植物中，暗示其可能参与了对花器官等被子植物特有生殖结构的精细调控。这代表了植物在演化过程中，为提升生殖效率而形成的一种关键适应机制（图五）。
图五 15种代表性被子植物物种中AtIBL1同源蛋白的系统发育树。
该研究不仅揭示了IBL1在植物全生命周期中的关键调控作用，还提出了一个bHLH三拮抗调控模型，为理解植物如何平衡生长速度与结构完整性提供了新视角。未来，这一机制或可应用于作物生殖改良、授粉效率提升等领域。
西北大学为论文第一完成单位，付爱根教授和徐敏副教授为通讯作者，博士生钱昱琪为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委、陕西基础科学（化学、生物学）研究院基础科学研究计划的资金支持。
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