Plant Physiology[2022 IF 7.4]南(nán)京農業(yè)大學園藝學院王長(cháng)泉團隊揭示長(cháng)鏈非編碼RNA調控月(yuè)季開(kāi)花的機(jī)制

近日，南(nán)京農業(yè)大學園藝學院王長(cháng)泉教授團隊在Plant Physiology雜(zá)志(zhì)發表了題為(wèi)“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(yuè)季Rosa chinensis‘Old Blush’中鑒定出lncRNA lncWD83，解析了其促進月(yuè)季開(kāi)花的分子機(jī)制。

“隻道花無十日紅(hóng)，此花無日不春風”。月(yuè)季具有一(yī)年(nián)四季連續開(kāi)花特性，而且花色豔麗、花型優雅、寓意美好，深受人們喜愛，其開(kāi)花調控機(jī)制一(yī)直是人們關注的熱點。LncRNA是一(yī)種長(cháng)度大于200bp的非編碼RNA，能(néng)夠參與植物(wù)生(shēng)長(cháng)發育、脅迫響應、病原菌防禦等多(duō)個(gè)生(shēng)命活動過程。越來越多(duō)證據表明，lncRNA對植物(wù)開(kāi)花具有重要的調控作用。目前，lncRNA是否參與月(yuè)季的成花轉變仍然不清楚。

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

RcPUB11作為(wèi)E3泛素連接酶，通(tōng)過介導底物(wù)的泛素化降解發揮功能(néng)。以RcPUB11為(wèi)誘餌，進行酵母雙雜(zá)篩庫，鑒定到(dào)一(yī)個(gè)bHLH 家族轉錄因子RcMYC2L。體外泛素化降解實驗表明，RcPUB11能(néng)夠泛素化降解RcMYC2L。結果顯示，RcMYC2L沉默植株開(kāi)花提前、RcFT的表達上(shàng)調，且在RcPUB11沉默的基礎上(shàng)再沉默RcMYC2L的植株仍然早花、RcFT表達上(shàng)調。啓動子綁定實驗結果表明RcMYC2L能(néng)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(yuè)季開(kāi)花的促進是通(tōng)過泛素化降解RcMYC2L來實現的，而lncWD83可以助力該降解過程。

基于上(shàng)述研究結果，論文提出了lncRNA調控月(yuè)季開(kāi)花的工(gōng)作模型（下(xià)圖）。營養生(shēng)長(cháng)時期lncWD83的表達量較低(dī)，RcMYC2L結合到(dào)RcFT的啓動子，抑制RcFT表達及開(kāi)花。生(shēng)殖生(shēng)長(cháng)時期lncWD83的表達量顯著升高(gāo)，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(kāi)花。該研究結果不但揭示月(yuè)季開(kāi)花調控的新機(jī)制，而且提供了lncRNA調控植物(wù)開(kāi)花的新模式。

南(nán)京農業(yè)大學園藝學院王長(cháng)泉教授為(wèi)該論文的通(tōng)訊作者，已畢業(yè)博士生(shēng)陳葉清、助理研究員(yuán)陸俊、博士生(shēng)王偉男為(wèi)本文的共同第一(yī)作者，博士生(shēng)範春國(guó)、袁國(guó)振、鍾山青年(nián)研究員(yuán)孫晶晶和劉金義副教授參與了部分研究。本項目受到(dào)國(guó)家重點研發計劃和國(guó)家自(zì)然科學基金的資助。

南(nán)京農業(yè)大學月(yuè)季研究團隊緻力于月(yuè)季種質資源收集、評價與功能(néng)基因挖掘，利用多(duō)組學技(jì)術(shù)挖掘到(dào)20多(duō)個(gè)月(yuè)季特色功能(néng)基因，創制了100多(duō)份月(yuè)季新種質，在光(guāng)周期、溫度和激素調控月(yuè)季生(shēng)長(cháng)發育等研究方面取得重要進展，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

文章中原生(shēng)質體的提取和轉化使用了RTU4052植物(wù)原生(shēng)質體制備及轉化試劑盒。