Plant Physiology[2022 IF 7.4]南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院王長(zhǎng)泉團(tuán)隊(duì)揭示長(zhǎng)鏈非編碼RNA調(diào)控月季開(kāi)花的機(jī)制

近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院王長(zhǎng)泉教授團(tuán)隊(duì)在Plant Physiology雜志發(fā)表了題為“Rose long non-coding RNA lncWD83 promotes flowering by modulating ubiquitination of the floral repressor RcMYC2L”的研究成果，該研究從月季Rosa chinensis‘Old Blush’中鑒定出lncRNA lncWD83，解析了其促進(jìn)月季開(kāi)花的分子機(jī)制。

“只道花無(wú)十日紅，此花無(wú)日不春風(fēng)”。月季具有一年四季連續(xù)開(kāi)花特性，而且花色艷麗、花型優(yōu)雅、寓意美好，深受人們喜愛(ài)，其開(kāi)花調(diào)控機(jī)制一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。LncRNA是一種長(zhǎng)度大于200bp的非編碼RNA，能夠參與植物生長(zhǎng)發(fā)育、脅迫響應(yīng)、病原菌防御等多個(gè)生命活動(dòng)過(guò)程。越來(lái)越多證據(jù)表明，lncRNA對(duì)植物開(kāi)花具有重要的調(diào)控作用。目前，lncRNA是否參與月季的成花轉(zhuǎn)變?nèi)匀徊磺宄?

該研究首先通過(guò)擬南芥開(kāi)花基因與月季基因數(shù)據(jù)庫(kù)的比對(duì)，篩選出同源性較高且基因附近含有l(wèi)ncRNA的月季基因，然后對(duì)基因?qū)?yīng)的lncRNA進(jìn)行表達(dá)量分析，選擇了從營(yíng)養(yǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變中表達(dá)差異較明顯的lncRNA lncWD83進(jìn)行詳細(xì)研究。VIGS沉默lncWD83會(huì)導(dǎo)致月季晚花及RcFT的表達(dá)下調(diào)，表明lncWD83對(duì)月季開(kāi)花及RcFT的表達(dá)具有促進(jìn)作用。分析發(fā)現(xiàn)該lncRNA對(duì)開(kāi)花的促進(jìn)作用并不依賴(lài)于其鄰近基因RcWD83。隨后，以lncWD83作為誘餌，采用RNA pull down和質(zhì)譜結(jié)合的方式，篩選到lncWD83的互作蛋白R(shí)cPUB11。沉默RcPUB11同樣會(huì)造成月季開(kāi)花延遲和RcFT的表達(dá)下調(diào)，遺傳學(xué)分析表明RcPUB11在lncWD83的下游，而且lncWD83對(duì)月季開(kāi)花及RcFT的促進(jìn)作用依賴(lài)于RcPUB11。

RcPUB11作為E3泛素連接酶，通過(guò)介導(dǎo)底物的泛素化降解發(fā)揮功能。以RcPUB11為誘餌，進(jìn)行酵母雙雜篩庫(kù)，鑒定到一個(gè)bHLH 家族轉(zhuǎn)錄因子RcMYC2L。體外泛素化降解實(shí)驗(yàn)表明，RcPUB11能夠泛素化降解RcMYC2L。結(jié)果顯示，RcMYC2L沉默植株開(kāi)花提前、RcFT的表達(dá)上調(diào)，且在RcPUB11沉默的基礎(chǔ)上再沉默RcMYC2L的植株仍然早花、RcFT表達(dá)上調(diào)。啟動(dòng)子綁定實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明RcMYC2L能夠特異性地綁定RcFT啟動(dòng)子的G-box元件，進(jìn)而抑制RcFT的轉(zhuǎn)錄。體外泛素化結(jié)合啟動(dòng)子綁定實(shí)驗(yàn)表明lncWD83促進(jìn)RcPUB11介導(dǎo)的RcMYC2L泛素化降解，從而解除RcMYC2L對(duì)RcFT的轉(zhuǎn)錄抑制。因此，RcPUB11對(duì)月季開(kāi)花的促進(jìn)是通過(guò)泛素化降解RcMYC2L來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而lncWD83可以助力該降解過(guò)程。

基于上述研究結(jié)果，論文提出了lncRNA調(diào)控月季開(kāi)花的工作模型（下圖）。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期lncWD83的表達(dá)量較低，RcMYC2L結(jié)合到RcFT的啟動(dòng)子，抑制RcFT表達(dá)及開(kāi)花。生殖生長(zhǎng)時(shí)期lncWD83的表達(dá)量顯著升高，結(jié)合E3泛素連接酶RcPUB11，助力其對(duì)RcMYC2L的泛素化降解，移除RcMYC2L對(duì)RcFT的轉(zhuǎn)錄抑制，從而促進(jìn)開(kāi)花。該研究結(jié)果不但揭示月季開(kāi)花調(diào)控的新機(jī)制，而且提供了lncRNA調(diào)控植物開(kāi)花的新模式。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院王長(zhǎng)泉教授為該論文的通訊作者，已畢業(yè)博士生陳葉清、助理研究員陸俊、博士生王偉男為本文的共同第一作者，博士生范春國(guó)、袁國(guó)振、鐘山青年研究員孫晶晶和劉金義副教授參與了部分研究。本項(xiàng)目受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)月季研究團(tuán)隊(duì)致力于月季種質(zhì)資源收集、評(píng)價(jià)與功能基因挖掘，利用多組學(xué)技術(shù)挖掘到20多個(gè)月季特色功能基因，創(chuàng)制了100多份月季新種質(zhì)，在光周期、溫度和激素調(diào)控月季生長(zhǎng)發(fā)育等研究方面取得重要進(jìn)展，在Horticulture Research、The Plant Journal、Journal of Experimental Botany、Plant Physiology等期刊發(fā)表研究論文10余篇。

原文鏈接：

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

文章中原生質(zhì)體的提取和轉(zhuǎn)化使用了RTU4052植物原生質(zhì)體制備及轉(zhuǎn)化試劑盒。