番茄(Solanum lycopersicum)是非常重要的蔬菜作物之一,在农业经济中占有十分重要的位置,也是研究植物生长与抗性关系的模式植物。植物如何平衡生长发育与防御备受关注,这凸显了理解植物如何应对生存繁殖和抵御外界胁迫两个最大挑战的重要性。茉莉酸(Jasmonic acid,JA)是一种重要的植物抗性激素,在植物应对机械损伤、咀嚼式昆虫和死体营养型病原菌侵害时发挥至关重要的调控作用。植物的避荫反应使植物本身过度生长,同时减弱了茉莉酸介导的防御反应。Basic helix-loop-helix(b HLH)转录因子PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS(PIFs)在避荫反应中发挥关键作用,PIFs调控植物避荫反应的蛋白质水平的分子机制已经研究的比较清楚,但是有关PIFs介导的避荫响应的转录调控研究相对较少,以及植物如何平衡避荫反应和茉莉酸介导的抗性反应的分子机制也不是很清楚。拟南芥的PIF4和PIF5在遮荫诱导的下胚轴伸长过程中发挥重要调控作用,通过进化分析发现番茄中的PIF4与拟南芥的PIF4和PIF5同源关系最近。利用CRISPR/Cas9基因编辑系统,对PIF4基因进行编辑并获得功能缺失突变体pif4-c-1#和pif4-c-9#。发现在遮荫环境下番茄pif4-c突变体下胚轴明显短于野生型,这表明番茄的PIF4在避荫反应中发挥重要调控作用。Mediator亚基MED25作为桥梁将RNA聚合酶II(Pol II)与特异性转录因子连接起来,辅助转录因子激活下游基因的表达。利用酵母双杂交实验、体外pull-down实验和植物体内Co-IP实验发现PIF4与MED25存在相互作用。还发现MED25突变体在遮荫环境下的下胚轴长度也显著短于野生型,与pif4-c突变体的表型类似。为了在全基因组范围内进一步揭示MED25在PIF4介导的避荫反应中发挥的调控作用,应用RNA-seq技术在转录组水平上比较分析了野生型、pif4-c突变体和MED25突变体的避荫响应基因表达模式,发现2074个PIF4调节的参与避荫反应的基因,1312个MED25调节的参与避荫反应的基因,其中PIF4和MED25共同调节的避荫反应基因742个,306个基因上调,而317个基因下调,我们将这些基因进行GO分析,结果表明这些基因主要富集在生长素响应、有机氮化合物分解代谢过程、细胞壁大分子代谢过程、光合作用过程和氨基糖代谢过程有关的生物学过程,说明MED25和PIF4共同调节避荫反应基因,并共同在避荫反应中发挥重要调控作用。为了进一步解析MED25参与PIF4转录调控的分子机理,我们利用Ch IP-q PCR实验发现,MED25在PIF4靶基因的启动子区域与PIF4直接互作,并对PIF4调控的基因转录发挥正向调控作用。MED25将Pol II募集到PIF4靶基因的启动子区域,并直接连接PIF4和Pol II通用转录机器来调节遮荫诱导的下胚轴伸长。MYC2是茉莉酸信号的核心转录因子,本研究发现MYC2基因突变体在遮荫条件下,下胚轴长度显著长于野生型;同时发现pif4-c突变体中在光照条件下的茉莉酸响应基因表达水平显著升高。本研究发现转录因子MYC2和PIF4都与MED25存在相互作用,而且负责互作的功能域分析结果表明MYC2与PIF4都与MED25的ACID结构域互作。利用酵母三杂交和pull-down实验发现PIF4和MYC2竞争性结合转录中介体亚基MED25。综上所述,本研究主要揭示了番茄中介体亚基MED25正向调控PIF4介导的遮荫诱导的下胚轴伸长,并且MED25在平衡植物避荫反应与茉莉酸介导的防御反应发挥重要的调控作用,进一步拓宽了人们对植物平衡发育和防御反应的理解和认识。