植物无法移动的特性迫使植物需要不断调整自己的生存状态来适应周围多变的环境。在这个过程中,植物激素起着非常重要的作用。乙烯和油菜素内酯是两大植物激素,共同参与调控植物的多个生长发育过程,但它们之间交叉调控植物生长发育的分子机制仍有待深入研究。顶端弯钩是双子叶植物在种子萌发后,突破土壤过程中形成的特殊结构,目的是在破土过程中保护子叶和茎顶端分生组织免受机械压力损伤,从而保证幼苗的出苗率和成活率,进而直接影响粮食作物的产量。而下胚轴伸长亦是植物为更好地适应多变的生长环境而进行的可塑性发育。本论文以拟南芥为实验材料,从顶端弯钩发育和下胚轴细胞伸长两个方面探究乙烯和油菜素内酯交叉调控植物生长发育的分子机制。主要内容概括如下:1.我们利用油菜素内酯相关的突变体和转基因材料证实了油菜素内酯对顶端弯钩的促进作用,其中BZR1及同源基因的敲除材料bzr-h中呈现严重的顶端弯钩缺陷表型,并且外源施加BL不能恢复其表型。鉴于已知顶端弯钩的形成是由于弯钩两侧的不对称生长导致的,本文观察了 BR相关突变体bril-116、bzrl-1D、bril-116 bzrl-1D的弯钩两侧细胞伸长情况,发现在BR不敏感突变体bril-116中弯钩外侧细胞伸长受到明显抑制,功能获得性突变体bzrl-1D可以恢复bril-116的弯钩外侧细胞伸长。对这些突变体的顶端弯钩建成进行实时监测,发现bril-116中弯钩形成存在缺陷,并且不能维持,而bzrl-1D可以恢复bril-116中的弯钩维持时间,说明油菜素内酯是通过BZRs促进顶端弯钩外侧的细胞伸长,从而保证顶端弯钩的建成并且延长了弯钩的维持时间。2.我们利用外源化学试剂处理结合遗传材料证实了乙烯促进顶端弯钩依赖于油菜素内酯,过表达的EIN3在油菜素内酯缺失的情况下不能发挥功能。而油菜素内酯促进弯钩形成不完全依赖于乙烯,乙烯处理可以增强油菜素内酯对顶端弯钩的调控,缺失乙烯会降低拟南芥对BL的敏感性。3.油菜素内酯信号通路中的关键转录因子BZR1和乙烯信号通路中的关键转录因子EIN3存在蛋白互作。通过分析已发表的ChIP-seq数据发现BZR1和EIN3有很多共同的靶基因,转录组数据分析发现BZR1和EIN3共同调控大量的靶基因,GO分析显示这些被共同调控的基因参与植物对激素的响应、叶片衰老、叶绿体发育、细胞伸长、胚珠发育、免疫应答等多个方面。4.BZR1和EIN3共同结合在调控顶端弯钩的关键因子HLS1的启动子上,并且结合区段相同,互相促进彼此对启动子的结合,协同调控HLS1的表达。缺失HLS1的情况下,油菜素内酯不能促进顶端弯钩建成。5.油菜素内酯调控顶端弯钩建成依赖于赤霉素,同时在弯钩位置可以促进赤霉素的合成和DELLA蛋白降解,而赤霉素可以恢复油菜素内酯缺失突变体的顶端弯钩,并且这种恢复依赖于EIN3/EIL1的功能活性。6.PRE-HBI1-IBH1模块介导了乙烯促进光下下胚轴伸长过程。BZR1和EIN3共同结合在PRE5的启动子上,促进PRE5的转录表达,进而促进下胚轴伸长。本论文阐明油菜素内酯和乙烯分别通过其信号通路中关键转录因子BZR1和EIN3的相互作用,促进彼此对下游基因启动子的结合以及基因的转录调控,来调控植物的生长发育。赤霉素信号转导的关键负调控因子DELLA蛋白分别与BZR1和EIN3相互作用,抑制这两个转录因子的DNA结合活性,从而抑制下游基因的表达。赤霉素促进DELLA蛋白的降解,释放BZR1和EIN3,重启它们对下游基因的转录调控。同时油菜素内酯诱导赤霉素的合成基因表达,促进DELLA降解,进一步激活自身的信号传递。油菜素内酯、乙烯、赤霉素相互交叉,协同调控植物的生长发育。