兰科植物（俗称兰花）是最大、最多样化的科之一，是生物学研究热点类群之一，是全球园艺贸易中最著名的植物类群之一。大多数植物在胚胎发育过程中形成顶端分生组织和根分生组织，发育成熟的种子含有胚芽、胚轴、胚根和储能器官胚乳（双子叶植物为子叶），萌发后发育成完整的植株。但是，兰科植物进化出独特的种子发育过程和专门的萌发程序。它们的种子不含胚乳，只有一个发育不良的胚胎，胚胎没有分化的组织，没有胚芽、胚轴和胚根。兰科植物种子在萌发过程中形成绿色的球状体，称为原球茎（protocorm），这是兰科植物特有的现象。兰科植物外植体在组织培养条件下形成类似原球茎的特殊结构，称为类原球茎（protocorm-like body，PLB），两者具有相似的转录特征。类原球茎再生是兰科植物重要的再生途径，是目前最具优势的大规模种苗生产的方式之一，在兰科植物植株高效再生、遗传转化、次生代谢物生产、细胞工程等研究领域均具有广泛和重要的应用前景。然而，兰科植物建立这种重要的、独特的、无与伦比的发育过程，其分子机制是什么？目前知之甚少。
中国科学院华南植物园药用植物遗传育种团队发现石斛乙烯响应因子（ethylene response factor, ERF）DoERF5能够识别和结合I类KNOX转录因子DoSTM启动子的GCC-box元件，并激活DoSTM的表达，从而调控石斛类原球茎再生。在石斛中过表达DoERF5极大地增强了类原球茎再生能力，上调了DoWINDs和DoSTM，以及细胞分裂素合成基因DoIPT和细胞分裂素应答因子DoARRs的表达。然而，沉默DoERF5后则抑制类原球茎的再生，下调DoWINDs、DoSTM和DoARRs的表达。进一步的研究证明DoERF5直接与DoSTM的启动子结合并调控其转录。遗传学分析表明DoSTM在石斛中过表达促进了类原球茎的再生。这一研究不仅有助于了解类原球茎发育的分子机制，而且为兰科植物资源的保护、开发和利用提供技术支撑。
以上结果以“ERF5 enhances protocorm-like body regeneration via enhancement of STM expression in Dendrobium orchid”为题发表在国际学术期刊Journal of Integrative Plant Biology（IF = 11.4）上。我园博士生曾丹琦为该论文的第一作者，何春梅副研究员为通讯作者，段俊研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金和广东省重点领域研发计划项目的资助。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13534
图. DoERF5-DoSTM正调控石斛类原球茎再生的机制