中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉所百合課題組揭示百合腋生珠芽形成分子調(diào)控新機(jī)制

　　近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所百合課題組在百合腋生珠芽形成分子調(diào)控方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究?jī)?nèi)容“WUSCHEL-Related Homeobox Genes Cooperate with Cytokinin Signalling to Promote Bulbil Formation in Lilium lancifolium”在線發(fā)表于 《植物生理學(xué)（Plant Physiology）》上。

 

　　珠芽指貯藏養(yǎng)分、形態(tài)肥大的芽，也叫零余子，著生在植物地上部分的葉腋處。對(duì)百合屬植物而言，珠芽是其部分種類重要的繁殖器官。其中，重要的食用和藥用百合卷丹（Lilium lancifolium）是自然三倍體種，不產(chǎn)生種子，其種群自然傳播繁殖完全依賴珠芽。珠芽依附于母體植株生長(zhǎng)，單株百合可產(chǎn)生多達(dá)上百粒珠芽。成熟珠芽自母體脫落后可發(fā)育成新的完整個(gè)體，可以像種子一樣繁殖傳播，且完整地保留了母體的特征而較少變異和退化。因此，珠芽繁殖在百合籽球生產(chǎn)繁殖上有很廣闊的應(yīng)用前景，掌握百合珠芽形成調(diào)控機(jī)制將有望在生產(chǎn)上發(fā)揮珠芽高效繁殖的優(yōu)勢(shì)。目前，關(guān)于百合珠芽的形成仍處于初步階段，其分子調(diào)控機(jī)制尚不清楚。

 

　　本研究基于前期卷丹珠芽形成的轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)，通過對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行qRT-PCR及熒光原位雜交，發(fā)現(xiàn)LlWOX9和LlWOX11在可形成珠芽的葉腋處高表達(dá)，且在珠芽形成過程中表達(dá)量持續(xù)升高。進(jìn)一步通過瞬時(shí)過表達(dá)和VIGS技術(shù)對(duì)LlWOX9和LlWOX11在珠芽形成中的功能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)過表達(dá)LlWOX9和LlWOX11可促進(jìn)卷丹珠芽形成，而沉默LlWOX9和LlWOX11，卷丹珠芽的形成受到明顯抑制，表明LlWOX9和LlWOX11參與了百合珠芽形成的正向調(diào)控。前期研究表明，細(xì)胞分裂素B類響應(yīng)因子type-B LlRRs可正向調(diào)控百合珠芽形成。本研究克隆了LlWOX9和LlWOX11的啟動(dòng)子，發(fā)現(xiàn)二者均包含大量的type-B LlRRs結(jié)合元件。經(jīng)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，type-B LlRRs能夠與LlWOX9和LlWOX11的啟動(dòng)子結(jié)合并促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄。此外，研究中還發(fā)現(xiàn)LlWOX11與細(xì)胞分裂素A類響應(yīng)因子type-A LlRR9（細(xì)胞分裂素信號(hào)通路負(fù)調(diào)控因子）啟動(dòng)子結(jié)合并抑制其轉(zhuǎn)錄，進(jìn)一步加強(qiáng)細(xì)胞分裂素信號(hào)促進(jìn)珠芽啟動(dòng)和形成。

 

　　綜上所述，本研究首次揭示了WUSCHEL-related HOMEOBOX家族中間進(jìn)化支成員LlWOX9和LlWOX11介導(dǎo)細(xì)胞分裂素通路調(diào)控百合腋生珠芽形成的分子機(jī)制。不僅豐富了植物WOX轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控腋生器官形成的理論，也為人工調(diào)控百合珠芽形成，顯著提高百合繁殖效率提供了基因儲(chǔ)備，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

 

　　該論文以中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所為第一完成單位和通訊單位。已畢業(yè)博士生何國(guó)仁為該論文第一作者，楊盼盼助理研究員和明軍研究員為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（31902043，32172612）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFD1001002）、貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目（20201Y121）及中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（IVF-BRF2021017）的資助和支持。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac259