近日,我校園林學(xué)院城市林業(yè)團隊在紫丁香花瓣褪色分子機制方面取得新進展,相關(guān)成果發(fā)表在園藝領(lǐng)域知名期刊Horticulture Research。

據(jù)悉,花色對于花卉不僅具有重要的生理生態(tài)功能,同時也是重要的觀賞性狀,是影響花卉觀賞和經(jīng)濟價值的關(guān)鍵因素。紫丁香(Syringa oblata)為木犀科(Oleaceae)丁香屬(Syringa)花灌木,是世界著名的庭院觀賞樹種之一,雅致的紫色花瓣是其最突出的特征。隨著紫丁香花的發(fā)育,紫色逐漸變淺,出現(xiàn)褪色現(xiàn)象。前期的多組學(xué)聯(lián)合分析表明,這種褪色過程是由于花青素含量的降低所致,涉及花青素的合成調(diào)控,但其中的機制尚不明晰,團隊進一步探究紫丁香花青素合成減少的分子調(diào)控機制,對于理解植物花瓣褪色的原因和機理具有重要意義。
UDP-葡萄糖:類黃酮3-O-葡萄糖轉(zhuǎn)移酶(UFGT)在花青素的穩(wěn)定形成中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本研究首先在多組學(xué)聯(lián)合分析的基礎(chǔ)上,篩選出了與花青素合成密切相關(guān)的SoUFGT1,將其在紫丁香葉片和花瓣中瞬時過表達可導(dǎo)致出現(xiàn)顯著的花青素積累表型(葉片由綠變紅,花瓣顏色變深),而在花瓣中沉默該基因,花色變淺,表明SoUFGT1介導(dǎo)了花青素的合成。

圖1 SoUFGT1介導(dǎo)紫丁香花青素合成
研究團隊進一步探究其中的分子調(diào)控機制,基于基因共表達網(wǎng)絡(luò)及轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析,篩選到三個與SoUFGT1表達密切相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子,SoMYB44、SobHLH130和SoNAC72,分別在紫丁香葉片、花瓣和愈傷組織中進行功能驗證,均證明三個轉(zhuǎn)錄因子正調(diào)控花青素的合成。最后,通過Y1H和Dual-LUC實驗發(fā)現(xiàn),SoMYB44能直接激活SoUFGT1的表達,促進花青素的積累,而SoNAC72則結(jié)合SoMYB44基因的啟動子,激活其表達;利用Y2H和BiFC實驗明確了SobHLH130與SoMYB44存在互作關(guān)系,形成了SoNAC72-SoMYB44/SobHLH130模塊通過SoUFGT1基因調(diào)控花青素合成的信號途徑。
研究發(fā)現(xiàn),隨著紫丁香花發(fā)育,SoNAC72與SobHLH130基因的表達量下降,引起SoMYB44基因轉(zhuǎn)錄本的減少,進而削弱了對SoUFGT1的轉(zhuǎn)錄調(diào)控能力,導(dǎo)致花青素含量降低,紫丁香花瓣呈現(xiàn)褪色現(xiàn)象。這一研究不僅初步揭示了紫丁香花瓣褪色的調(diào)控機制,也為其花色分子育種提供了依據(jù)。

圖2 SoNAC72-SoMYB44/SobHLH130調(diào)控紫丁香花瓣褪色模式圖
園林學(xué)院碩士研究生汪進萱和已畢業(yè)碩士研究生王鑫為論文的共同第一作者,胡增輝教授和吳靜副教授為論文的通訊作者,博士生馬波參與了此項工作,冷平生教授對此研究進行指導(dǎo),植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院田佶教授團隊對此研究給予大力支持和幫助。
園林學(xué)院城市林業(yè)團隊負責(zé)人表示,團隊將緊密圍繞“落實教育強國建設(shè)綱要,推動學(xué)校事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”主題主線,以“實干創(chuàng)先年”為抓手,不斷提升科研攻關(guān)能力,產(chǎn)出高水平科研成果,持續(xù)提升人才自主培養(yǎng)質(zhì)量,為加快建設(shè)國內(nèi)一流國際知名都市農(nóng)林特色高水平應(yīng)用型大學(xué)貢獻智慧和力量。