Plant Physiology[2022 IF 7.4]南(nán)京農業大(dà)學園藝學院王長泉團隊揭示長鏈非編碼RNA調控月季開花的機(jī)制

近日(rì)，南(nán)京農業大(dà)學園藝學院王長泉教授團隊在Plant Physiology雜志發表了題爲“Rose long non-coding RNA lncWD83 promotes flowering by modulating ubiquitination of the floral repressor RcMYC2L”的研究成果，該研究從(cóng)月季Rosa chinensis‘Old Blush’中鑒定出lncRNA lncWD83，解析了其促進月季開花的分(fēn)子機(jī)制。

“隻道花無十日(rì)紅(hóng)，此花無日(rì)不春風(fēng)”。月季具有一年(nián)四季連續開花特性，而且花色豔麗、花型優雅、寓意美好，深受人(rén)們喜愛，其開花調控機(jī)制一直是人(rén)們關注的熱(rè)點。LncRNA是一種長度大(dà)于200bp的非編碼RNA，能夠參與植物生(shēng)長發育、脅迫響應、病原菌防禦等多個生(shēng)命活動過程。越來(lái)越多證據表明，lncRNA對植物開花具有重要的調控作(zuò)用。目前，lncRNA是否參與月季的成花轉變仍然不清楚。

該研究首先通過拟南(nán)芥開花基因與月季基因數據庫的比對，篩選出同源性較高且基因附近含有lncRNA的月季基因，然後對基因對應的lncRNA進行表達量分(fēn)析，選擇了從(cóng)營養向生(shēng)殖生(shēng)長轉變中表達差異較明顯的lncRNA lncWD83進行詳細研究。VIGS沉默lncWD83會導緻月季晚花及RcFT的表達下調，表明lncWD83對月季開花及RcFT的表達具有促進作(zuò)用。分(fēn)析發現該lncRNA對開花的促進作(zuò)用并不依賴于其鄰近基因RcWD83。随後，以lncWD83作(zuò)爲誘餌，采用RNA pull down和質譜結合的方式，篩選到lncWD83的互作(zuò)蛋白(bái)RcPUB11。沉默RcPUB11同樣會造成月季開花延遲和RcFT的表達下調，遺傳學分(fēn)析表明RcPUB11在lncWD83的下遊，而且lncWD83對月季開花及RcFT的促進作(zuò)用依賴于RcPUB11。

RcPUB11作(zuò)爲E3泛素連接酶，通過介導底物的泛素化降解發揮功能。以RcPUB11爲誘餌，進行酵母雙雜篩庫，鑒定到一個bHLH 家族轉錄因子RcMYC2L。體(tǐ)外泛素化降解實驗表明，RcPUB11能夠泛素化降解RcMYC2L。結果顯示，RcMYC2L沉默植株開花提前、RcFT的表達上調，且在RcPUB11沉默的基礎上再沉默RcMYC2L的植株仍然早花、RcFT表達上調。啓動子綁定實驗結果表明RcMYC2L能夠特異性地綁定RcFT啓動子的G-box元件(jiàn)，進而抑制RcFT的轉錄。體(tǐ)外泛素化結合啓動子綁定實驗表明lncWD83促進RcPUB11介導的RcMYC2L泛素化降解，從(cóng)而解除RcMYC2L對RcFT的轉錄抑制。因此，RcPUB11對月季開花的促進是通過泛素化降解RcMYC2L來(lái)實現的，而lncWD83可(kě)以助力該降解過程。

基于上述研究結果，論文提出了lncRNA調控月季開花的工(gōng)作(zuò)模型（下圖）。營養生(shēng)長時期lncWD83的表達量較低，RcMYC2L結合到RcFT的啓動子，抑制RcFT表達及開花。生(shēng)殖生(shēng)長時期lncWD83的表達量顯著升高，結合E3泛素連接酶RcPUB11，助力其對RcMYC2L的泛素化降解，移除RcMYC2L對RcFT的轉錄抑制，從(cóng)而促進開花。該研究結果不但(dàn)揭示月季開花調控的新機(jī)制，而且提供了lncRNA調控植物開花的新模式。

南(nán)京農業大(dà)學園藝學院王長泉教授爲該論文的通訊作(zuò)者，已畢業博士生(shēng)陳葉清、助理(lǐ)研究員(yuán)陸俊、博士生(shēng)王偉男爲本文的共同第一作(zuò)者，博士生(shēng)範春國(guó)、袁國(guó)振、鍾山(shān)青年(nián)研究員(yuán)孫晶晶和劉金義副教授參與了部分(fēn)研究。本項目受到國(guó)家重點研發計(jì)劃和國(guó)家自(zì)然科(kē)學基金的資助。

南(nán)京農業大(dà)學月季研究團隊緻力于月季種質資源收集、評價與功能基因挖掘，利用多組學技術(shù)挖掘到20多個月季特色功能基因，創制了100多份月季新種質，在光(guāng)周期、溫度和激素調控月季生(shēng)長發育等研究方面取得(de)重要進展，在Horticulture Research、The Plant Journal、Journal of Experimental Botany、Plant Physiology等期刊發表研究論文10餘篇。

原文鏈接：

https://academic.oup.com/plphys/advance-article/doi/10.1093/plphys/kiad502/7276592?searchresult=1

文章(zhāng)中原生(shēng)質體(tǐ)的提取和轉化使用了RTU4052植物原生(shēng)質體(tǐ)制備及轉化試劑盒。