前沿 | 高俊平和洪波团队破解菊花年龄成花途径的分子调节机制

摘要: 10月10日,Nature Communications杂志发表了我校园艺学院高俊平和洪波教授团队的最新研究论文。

11-11 00:14 首页 中国农业大学

       10月10日,Nature Communications杂志发表了我校园艺学院高俊平和洪波教授团队的最新研究论文《Control of chrysanthemum flowering through integration with an aging pathway》,文章揭示了“菊花年龄依赖的SPL转录因子被miR156调节影响的开花事件是通过NF-YB8的表达调控实现的”。

CmNF-YB8 基因参与菊花年龄成花途径的模式图


      该研究由国家自然科学基金“核因子NFYBs影响菊花成花的调节机理解析”项目资助。论文第一作者,魏倩,于2015年在中国农业大学观赏园艺与园林系获得博士学位,现在华南农大园艺学院就职;并列第一作者,马超,副教授,美国戴维斯加州分校学成回国,为园艺学院引进的优秀人才。


      菊花属于典型的短日照植物,开花主要依赖光周期变化调节,受短日照诱导成花。在自然状态下,菊花从营养生长到生殖生长期相对漫长。由幼年期影响菊花成花的分子机制一直未曾破解。


      近年来,年龄调节途径(Aging Pathway)的分子机制是植物开花领域的研究热点。模式植物拟南芥的研究已经明确,年龄途径主要是通过miR156调节SPL家族成员,进而激活成花素FT的表达,最终实现成花转化的。该研究明确:在菊花年龄依赖的开花途径中,NF-YB8位于miR156/SPL调节模块的上游,并且这一调节机制在植物进化中可能是保守的。


在菊花中沉默CmNF-YB8基因导致植株的幼年期缩短


        该课题组发现一个调节菊花幼年期到成年期转化的关键基因,核因子(Nuclear Factor-Y)家族成员CmNF-YB8。核因子Y是一类可以与其下游基因启动子序列中的CCAAT原件结合的转录因子,存在于几乎所有的真核生物中。在模式植物拟南芥中,已经明确NF-Y家族成员参与植物光周期成花途径和赤霉素成花途径的调节,但是,目前还未见参与年龄成花途径的报道。

在菊花中沉默CmNF-YB8基因导致植株开花时间的提早且不受日照长短的影响


        研究发现,CmNF-YB8基因可以调节菊花从幼年期到成年期的提前转化,进而提前成花,并且不受日照长短的影响。在这一过程中,年龄成花途径(Aging Pathway)中的核心组分cmo-miR156和SQUAMOSA PROMOTER BINDING-LIKE (SPL) 家族成员 SPLs主要参与。研究证实cmo-MIR156是CmNF-YB8的直接下游基因,可以恢复因CmNF-YB8沉默引起的植株成年期提前以及提早开花的表型,表明CmNF-YB8影响的菊花开花时间是通过年龄途径直接调节cmo-MIR156的表达而实现的。

过量表达cmo-miRNA156能够恢复因CmNF-YB8沉默引起的植株提早开花的表型


        高俊平、洪波表示,在实际生产中,幼年期决定的长时间营养生长使得菊花株型的控制和病害的防治成为栽培中的主要问题,需要施用外源植物生长调节剂和农药进行调控。此外,菊花周年生产中因补光和遮光处理发生的人工成本较高,制约了产业的高效运营。该研究结果解析了菊花年龄成花途径的分子调节机制,对于菊花幼年期缩短的种质创制和生产中的花期调控提供了新的认知。


        据悉,2014年,高俊平、洪波教授课题组的研究成果在Plant Cell发表,这是国内观赏园艺界在Plant Cell上发表的第一篇论文。

图文:潘彩清

责任编辑:王思睿


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