aBIOTECH | 陈江华团队解析大豆WOX1基因调控叶片中侧轴发育的分子基础

叶片是植物进行光合作用的主要器官，其形态直接影响光能捕获效率和气体交换能力。在我国北方的大豆主产区，窄叶型品种被广泛应用于农业生产与育种，因为窄叶型大豆在高密度种植条件下具有更好的光能利用效率。叶的宽窄主要由叶的中侧轴调控模块决定，但其分子机制在大豆中还没有解析。WOX1基因家族在高等植物叶片中侧轴发育中发挥核心作用，因此解析其在大豆中的功能具有重要意义。

近日，中国科学院西双版纳热带植物园陈江华研究员团队在aBIOTECH 发表了题为“GmWOX1 regulates the mediolateral polarity of compound leaves in soybean”的研究论文。在该研究中，作者鉴定出大豆中存在4个WOX1同源基因，并确定了GmWOX1a与GmWOX1b在叶原基起始部位和叶的近远轴面的中间区域特异的表达。结合大豆GmWOX1基因编辑结果，发现4个GmWOX1同源基因可能具有功能冗余性，Gmwox1acd和Gmwox1bcd三突变体表现出显著窄叶表型，这一结果为解析大豆叶发育及改良提供了关键基础。

作者首先对WOX1同源基因进行了系统发育分析和共线性分析，鉴定了大豆中存在4个WOX1同源基因，并且GmWOX1a与GmWOX1b与蒺藜苜蓿的WOX1同源基因STF同源性更高（图1，A, C）。qRT-PCR分析表明GmWOX1a与GmWOX1b的表达量显著高于GmWOX1c和GmWOX1d（图1，B）。GmWOX1a与GmWOX1b在顶端分生组织一直到P3时期叶原基中都表达，在P5期达峰值后逐渐下降，成熟叶中也能检测到表达，但是在茎和根中检查不到其表达（图1，D, E）。原位杂交进一步揭示，GmWOX1a与GmWOX1b在叶原基起始处特异表达，并在叶原基中间区域（middle domain）呈现出特异的，不连续的表达模式（图1，F-K）。

图1. 大豆GmWOX1同源基因的鉴定及其时空表达模式分析

为了探究四个同源基因的具体功能，研究团队构建载体并获得了CRISPR-Cas9编辑材料，基因型鉴定获得多个功能缺失突变体。结果显示：单突变（Gmwox1a或Gmwox1b）与Gmwox1cd双突变均无可见表型。但是Gmwox1acd与Gmwox1bcd的三突变体出现窄叶的表型，统计结果也证实三突变体的长宽比显著增加，叶面积显著减小（图2，A-H, L-M）。石蜡切片分析显示，这些三突变体不仅叶片横向扩展受限，还伴随维管束排列异常和海绵组织特异的分化为栅栏组织（图2，I-K，N-P），这提示GmWOX1基因不仅调控中侧轴发育，还参与叶片其它极性的分化。此外，作者用CaMV 35S启动子驱动GmWOX1a，在烟草lam1突变体（WOX1同源基因功能缺失突变体）中进行异源表达，结果显示GmWOX1a能够完全恢复lam1的窄叶表型（图2，R-T）。

图2. 利用CRISPR/Cas9基因编辑技术得到的大豆GmWOX1突变体及GmWOX1a对烟草lam1突变体的功能互补实验

综上所述，该研究系统阐述了大豆中四个WOX1同源基因的功能冗余关系，并揭示不同突变组合可导致不同程度的窄叶表型，为解析大豆叶片宽度提供了新线索。这项研究为大豆适应高密度种植环境的株型优化提供了理论基础。

该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。中国科学院西双版纳热带植物园博士生周璇为本文的第一作者，中国科学院西双版纳热带植物园陈江华研究员和赵维月博士为共同通讯作者。该团队的王东法博士，博士生孙明珠、杨静、季晓敏和硕士生王丹、黄水芬也参与了该研究。

引用本文：Zhou X, Wang D, Wang D, Sun M, Huang S, Yang J, et al. GmWOX1 regulates the mediolateral polarity of compound leaves in soybean. aBIOTECH 2026;7(1):100011. https://doi.org/10.1016/j.abiote.2025.100011