吲哚-3-乙酸(IAA)是天然植物生长素的主要活性形式,对植物的生长发育具有重要作用。目前尽管在生长素极性运输和信号转导领域已取得很大进展,对生长素合成途径的理解仍十分有限。在拟南芥中由色氨酸合成IAA的代谢过程可划分为四条途径,参与其中的重要基因陆续得到鉴定。然而色氨酸并不是IAA合成的唯一前体,吲哚甘油磷酸(IGP)被证明是色氨酸合成与非依赖色氨酸IAA合成途径的分支点。鉴定非依赖色氨酸IAA合成途径的关键酶并揭示其对植物发育的调节作用对于阐明生长素合成途径具有重要意义。　　 拟南芥色氨酸合酶α亚基(TSA1)与β亚基(TSB)形成复合体,在叶绿体中催化由IGP合成色氨酸的反应,由TSA1产生的吲哚一般不会从复合体中释放出来。吲哚合酶(Indole Synthase,INS)是拟南芥中TSA1唯一的同源蛋白。我们的研究工作证明INS缺乏叶绿体定位信号cTP而定位于细胞质,能够催化IGP合成吲哚,但是由INS合成的吲哚不容易进入TSB的活性位点直接参与色氨酸合。INS与TSA1在各个组织器官中表达但丰度不同,INS-GUS转基因植株的染色特征表明INS主要在幼叶、下胚轴、雄蕊、胚胎以及维管组织表达。trp2和trp3中TSB和TSA1分别存在缺陷,具有典型的色氨酸营养缺陷表型,而ins不具有上述表型且长势较野生型更好,暗示ins中色氨酸合成可能未发生缺陷。DR5-GUS表达特征以及IAA含量测定表明,生长素合成在ins中减弱而在trp3和trp2中异常增强。INS功能丧失对trp2的表型和IAA含量影响很小。过量表达INS能部分恢复trp3的表型,而过量表达cTP-INS能够完全恢复trp3的色氨酸合成缺陷。上述结果说明,INS和TSA1都能够催化IGP生成吲哚,但是由于亚细胞定位不同,分别在非依赖于色氨酸和依赖于色氨酸的生长素合成途径中发挥作用。　　 ins表现胚胎发育缺陷,胚胎停滞在球形期之前；ins trp3双突变体胚胎致死,胚胎停滞在球形期之前且多数胚胎的顶-基轴向被破坏。ins与trp3胚胎中DR5-GUS信号分布明显异常。另外,ins以及ins trp3+/-植株的角果中存在未受精的胚珠,ins trp3的雌配子传递率显著降低。说明通过非依赖色氨酸和依赖色氨酸途径合成的生长素对于胚胎的早期发育、极性建立以及雌配子体发育十分重要。另外,与野生型相比INSOE和ins成熟植株的分枝数目明显增加、单株产量提高,TSA1OE植株的表型与INSOE和ins类似,而trp3的单株产量显著降低,暗示INS及TSA1对分枝及产量性状的调控机制可能不同。　　 综上所述,我们提出生长素合成途径的新模型,INS可能催化非依赖于色氨酸IAA合成途径的起始步骤,而TSA1与TSB形成复合体,共同催化色氨酸合成的最后一步。INS是非依赖于色氨酸IAA合成途径中第一个被鉴定的重要成员。