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花青素苷生物合成調(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花青素苷生物合成調(diào)控方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究?jī)?nèi)容“Multifaceted roles of LhWRKY44 in promoting anthocyanin accumulation in Asiatic hybrid lilies （Lilium spp.）”在線發(fā)表于《園藝研究（Horticulture Research）》（IF：8.7 Q1）上。

 

　　百合（Lilium spp.）擁有“球根花卉之王”的美譽(yù)，因花色豐富受到消費(fèi)者的青睞?；ㄇ嗨剀帐前俸戏奂t色、紫色等花色類型的主要呈色物質(zhì)，作為類黃酮物質(zhì)，賦予植物營(yíng)養(yǎng)組織和生殖器官豐富的顏色，并保護(hù)植物免受環(huán)境脅迫下產(chǎn)生的活性氧的影響?；ㄇ嗨剀赵诳臻g和時(shí)間離散的積累導(dǎo)致百合花被片不同色素沉著模式的形成，這是由于空間調(diào)控的基因表達(dá)而產(chǎn)生的結(jié)果。在亞洲百合探戈系列中，花青素苷的特異性積累導(dǎo)致花被片基部產(chǎn)生飛濺型斑點(diǎn)因而形成雙色，其具體成色機(jī)理尚不清楚。

 

　　本研究通過前期亞洲百合探戈系列‘Tiny Padhye’的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)篩選到一個(gè)WRKY家族差異表達(dá)基因LhWRKY44。qPCR分析表明LhWRKY44的表達(dá)趨勢(shì)與花青素苷的積累趨勢(shì)一致，進(jìn)一步通過瞬時(shí)過表達(dá)和VIGS試驗(yàn)確定LhWRKY44參與百合花青素苷合成的正向調(diào)控，該功能在煙草葉片和穩(wěn)定異源轉(zhuǎn)化的蘋果愈傷中也得到進(jìn)一步驗(yàn)證。EMSA、酵母單雜交和雙熒光酶試驗(yàn)結(jié)果顯示LhWRKY44通過直接結(jié)合LhF3H和LhGST啟動(dòng)子上的W-box激活其表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)花青素苷的積累。LhMYBSPLATTER、LhbHLH2和LhWDR是參與亞洲百合探戈系列花青素苷生物合成的MBW復(fù)合體，Y2H、BiFC、FLC和Co-IP試驗(yàn)結(jié)果表明LhWRKY44能夠與LhMYBSPLATTER發(fā)生互作，進(jìn)而增強(qiáng)MBW復(fù)合體的形成及MBW對(duì)花青素苷合成途徑結(jié)構(gòu)基因的激活。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)LhWRKY44也能夠與LhMYBSPLATTER啟動(dòng)子結(jié)合并激活其表達(dá)，即揭示了一種新的WRKY-MBW雙重調(diào)控模式。

 

　　花青素苷在脅迫條件下通過為光合細(xì)胞提供光吸收屏障和清除活性氧發(fā)揮保護(hù)作用，其在植物營(yíng)養(yǎng)組織中的積累受到內(nèi)部因素和外部環(huán)境因素的影響，如光、溫度、激素、糖等。因此，植物需要復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制來確?；ㄇ嗨剀丈爻林某潭冗m合于無數(shù)的發(fā)育和環(huán)境信號(hào)。大量研究顯示，WRKY轉(zhuǎn)錄因子在抵御環(huán)境脅迫過程發(fā)揮重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)，克隆得到的LhWRKY44的啟動(dòng)子上存在大量的非生物脅迫響應(yīng)元件，其表達(dá)受到干旱脅迫處理的誘導(dǎo)，轉(zhuǎn)基因擬南芥及百合花被片均表現(xiàn)出對(duì)干旱脅迫的耐受性，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)LhWRKY44參與了干旱誘導(dǎo)的百合花青素苷的合成并激活脅迫相關(guān)基因的表達(dá)。此外，LhWRKY44轉(zhuǎn)基因擬南芥表現(xiàn)出早花現(xiàn)象，表明LhWRKY44可能參與發(fā)育信號(hào)的調(diào)控。

 

　　綜上所述，該研究揭示了LhWRKY44通過多途徑調(diào)控百合花青素苷生物合成的作用機(jī)制，即一方面LhWRKY44通過直接調(diào)控花青素苷合成途徑相關(guān)基因促進(jìn)花青素苷合成。另一方面LhWRKY44通過激活脅迫相關(guān)基因表達(dá)提高百合耐旱性，參與干旱誘導(dǎo)的百合花青素苷的合成。研究結(jié)果豐富了亞洲百合花青素苷合成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為百合花色分子育種提供了理論基礎(chǔ)。

 

　　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。在讀博士生畢蒙蒙為該論文第一作者，明軍研究員和徐雷鋒副研究員為共同通訊作者。該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金（32172624，32172612，31672196）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019YFD1001002）的資助。

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/hr/uhad167